JP2016522401A - Improved ion mobility spectrometer - Google Patents

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ケビン・ジャイルス
マーティン・レイモンド・グリーン
ジョン・ブライアン・ホイエス
スティーブン・デレク・プリングル
ジェイソン・リー・ワイルドグース
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マイクロマス ユーケー リミテッド
マイクロマス ユーケー リミテッド
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    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622Ion mobility spectrometry

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Abstract

イオン移動度分離によるイオン分析方法が開示される。本方法は、イオントラップ(3)内の電荷量を制御し、次にイオントラップ(3)からのイオンをパルス化してイオン移動度分離装置(5)内に入れることを含む。これは、イオン移動度分離装置(5)内に注入される電荷を制御することを可能にし、ゆえにイオン間の空間電荷相互作用が、検出器(7)により検出されるイオン移動度ピークを歪ませるのを防止する。【選択図】図1An ion analysis method by ion mobility separation is disclosed. The method includes controlling the amount of charge in the ion trap (3) and then pulsing the ions from the ion trap (3) into the ion mobility separator (5). This makes it possible to control the charge injected into the ion mobility separator (5), so that the space charge interaction between ions distorts the ion mobility peak detected by the detector (7). To prevent it. [Selection] Figure 1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年4月24日に出願された英国特許出願第1307404.2号及び2013年4月24日に出願された欧州特許出願第13165210.9号からの優先権及び利益を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a priority from UK Patent Application No. 1307404.2 filed on April 24, 2013 and European Patent Application No. 13165210.9 filed on April 24, 2013. And insist on profit. The entire contents of these applications are incorporated herein by reference.

その最も簡易な形態において、イオン移動度分離装置(IMS)はイオンパルス源と、緩衝ガスまたは浮遊ガスを含むドリフト管とを備えている。電界または伝搬DC波は、ドリフト管のイオン入口からイオン出口へイオンを押し出すようにドリフト管に沿って印加される。イオンは、ドリフト管を通り抜ける際に、緩衝ガスまたは浮遊ガスを通してのその移動度に従って分離される。印加電界(E)でのドリフト管内でイオン移動度(K)を有するイオンの速度(v)は、
v=KE
で算出される。
In its simplest form, an ion mobility separator (IMS) comprises an ion pulse source and a drift tube containing a buffer gas or floating gas. An electric field or propagating DC wave is applied along the drift tube to push ions from the ion inlet to the ion outlet of the drift tube. As ions pass through the drift tube, the ions are separated according to their mobility through the buffer gas or floating gas. The velocity (v) of ions with ion mobility (K) in the drift tube with applied electric field (E) is
v = KE
Is calculated by

そのような装置は、その内部でイオンが電極により閉じ込められる、イオン誘導装置を用いて組み立てられている。RF周波数で振動するAC電圧が、イオンを閉じ込め且つイオン誘導装置に通して高効率なイオン伝搬をさせることができる、擬似ポテンシャル力を生成するように電極に加えられる。   Such devices are assembled using an ion guide device in which ions are confined by electrodes. An AC voltage that oscillates at an RF frequency is applied to the electrodes to generate a pseudopotential force that can confine the ions and pass the ions through the ion guidance device for efficient ion propagation.

イオンは、通常、分析用のIMS移動度ドリフト管内に、次のパルス内のイオンがパケットドリフト管に入る前に、一パルスからのイオンがパケットドリフト管を通過することができるほど十分に離間されている定期的な間隔でパルス化される。そのような装置のデューティサイクルを最大限にするために、イオンがドリフト管内にパルス化される時点間の継続時間中にイオン源からのイオンをIMSドリフト管のイオン捕捉領域上流で受容し、捕捉することが知られている。事前に蓄積されたイオンパケットがIMSドリフト管を伝搬している時間中にイオンが上流のイオントラップに蓄積されるために、わずかなイオンしか失われない。IMS装置内の第1のイオンパルスの分離時間は、IMSドリフト管内への次のイオンパルスの捕捉及び放出時間と同期される。これにより、ほぼ100%のイオン伝搬効率を得ることができる。   The ions are typically separated into an IMS mobility drift tube for analysis, enough to allow ions from one pulse to pass through the packet drift tube before the ions in the next pulse enter the packet drift tube. Be pulsed at regular intervals. In order to maximize the duty cycle of such a device, ions from the ion source are received and trapped upstream of the ion trapping region of the IMS drift tube during the duration between the time when the ions are pulsed into the drift tube. It is known to do. Only a few ions are lost because the ions accumulate in the upstream ion trap during the time that the pre-accumulated ion packet is propagating through the IMS drift tube. The separation time of the first ion pulse in the IMS device is synchronized with the capture and ejection time of the next ion pulse into the IMS drift tube. Thereby, an ion propagation efficiency of almost 100% can be obtained.

しかしながら、好ましくは改良されたIMSピーク幅及びIMSドリフト管を通してのより再現可能なドリフト時間を提供する改良型イオン移動度分離方法及び改良型イオン移動度分光計が所望される。   However, improved ion mobility separation methods and improved ion mobility spectrometers that provide improved IMS peak width and more reproducible drift time through the IMS drift tube are desirable.

第1の態様から、本発明は、イオン移動度分離または質量分離によるイオン分析方法を提供し、本方法は、
イオン移動度分離器分離領域(IMS)及びイオンパケットをIMS内に放出するためのイオントラップを提供することと、
イオントラップからIMS内に放出された各イオンパケットにおいて、IMS内への放出が所望される所定の最大電荷を選択することと、
イオントラップから第1のイオンパケットを放出することと、
検出器を用いて第1のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、
検出器により検出された電荷と前記所定の最大電荷との間の差を決定することと、
第2の後続のイオンパケットをイオントラップからIMS内に放出することであって、第2のイオンパケットの形成は、第2のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第1のイオンパケット内で検出された電荷と最大電荷との間の差に基づいて制御される、放出することと、
を含む。
From the first aspect, the present invention provides an ion analysis method by ion mobility separation or mass separation, the method comprising:
Providing an ion mobility separator separation region (IMS) and an ion trap for discharging ion packets into the IMS;
For each ion packet emitted from the ion trap into the IMS, selecting a predetermined maximum charge desired to be released into the IMS;
Emitting a first ion packet from the ion trap;
Detecting the charge of ions in the first ion packet using a detector;
Determining the difference between the charge detected by the detector and the predetermined maximum charge;
Discharging a second subsequent ion packet from the ion trap into the IMS, wherein the formation of the second ion packet is such that the charge of the ions in the second ion packet is substantially equal to the predetermined maximum charge. Discharging, controlled based on the difference between the charge detected in the first ion packet and the maximum charge to be the same or less than,
including.

本発明者は、イオンがIMS装置内に入る際及びそれらが続いてIMS分離領域を通過する間のイオンの相互反発を回避することにより、イオン移動度分光計の分解能及びIMSドリフト時間の再現性を高めることができると認識している。本発明は、電荷が分離領域(即ち、RF閉じ決めドリフト管)に入るのを限定し、イオンの相互反発のためのIMS性能の劣化を回避する。具体的には、分離領域に入る電荷量は、上流のイオントラップから分離領域内に放出される電荷量を制御することにより限定される。   The inventor found that the reproducibility of the ion mobility spectrometer resolution and IMS drift time by avoiding repulsion of ions as they enter the IMS device and while they subsequently pass through the IMS separation region. We recognize that we can raise. The present invention limits the charge from entering the isolation region (ie, the RF closure drift tube) and avoids degradation of IMS performance due to ion repulsion. Specifically, the amount of charge entering the separation region is limited by controlling the amount of charge released from the upstream ion trap into the separation region.

類似のイオン移動度を有する比較的多数のイオンが分離領域を通過する際に、これらのイオンが、分離領域に沿って移動する際に互いに反撥し、IMSピークの拡がりを生じさせることも認識されている。本発明の好ましい実施形態は、そのような問題を克服する。   It is also recognized that when a relatively large number of ions with similar ion mobility pass through the separation region, they repel each other as they move along the separation region, resulting in IMS peak broadening. ing. Preferred embodiments of the present invention overcome such problems.

その内部での空間電荷の影響を回避するために、イオンを保存するイオントラップ及び質量分析器内の電荷密度を限定することが知られている。例えば、国際出願第2004/068523号は、イオン保存質量分析器内での空間電荷の影響を回避するために、イオントラップから下流のイオン保存質量分析器内に伝送される電荷量を制限する方法を開示している。しかしながら、イオントラップ及びイオン保存質量分析器内に広く及ぶ空間電荷の影響は、いくつかの理由のためにIMS装置に関連するものと考慮されていない。例えば、イオントラップ及びイオン保存質量分析器は本質的に、空間電荷の影響が広く及ぶ比較的小容量でイオンを共に押し出すのに対し、IMS装置はイオンを分離するように働きかけ、そのために空間電荷の影響の考慮がIMS装置に適用されることは明らかではない。   In order to avoid the effects of space charge inside it, it is known to limit the charge density within the ion trap and mass analyzer that stores the ions. For example, International Application No. 2004/068523 describes a method for limiting the amount of charge transferred from an ion trap into an ion storage mass analyzer downstream in order to avoid the effects of space charge in the ion storage mass analyzer. Is disclosed. However, the effects of space charge that are widespread within ion traps and ion storage mass analyzers are not considered to be associated with IMS devices for several reasons. For example, ion traps and ion conserving mass analyzers essentially push out ions together in a relatively small volume, where space charge effects are widespread, whereas IMS devices work to separate ions and thus space charge. It is not clear that the consideration of the effect of this applies to IMS devices.

そのうえ、イオン保存装置内の空間電荷の影響の兆候及び機構はIMS装置内に存在しない。質量選択排出方法を用いるイオン保存装置内の空間電荷の影響は、質量測定精度及び質量分解能の損失の結果をもたらす質量偏移を生じさせる。これは、閉じ込め電界を歪ませるイオン性環境のためにさらなる電位を受けるイオンに起因する。この歪みは、各イオンの長期の周波数の変化をもたらし、ゆえにイオンの見せかけの質量対電界比の変化をもたらす。これは、分析中に小空間内にイオンを閉じ込めず且つ分析のための共鳴周波数に依存しないIMS装置内では起こらない。   Moreover, there are no signs and mechanisms of space charge effects in the ion storage device in the IMS device. The effect of space charge in ion storage devices using mass selective ejection methods results in mass shifts that result in loss of mass measurement accuracy and mass resolution. This is due to ions undergoing additional potential due to the ionic environment distorting the confined electric field. This distortion results in a long-term frequency change for each ion, and hence a change in the apparent mass-to-field ratio of the ion. This does not occur in IMS devices that do not confine ions in a small space during analysis and do not depend on the resonance frequency for analysis.

そのうえ、IMSドリフト管から得られる大部分の履歴データは、半径方向に閉じ込めのないドリフト管に関連する。そのような装置内のいずれかの空間電荷の影響は、イオンに半径方向に広がらせ、その装置により測定されるドリフト時間に対して著しい影響を有しないであろう。したがって、そのような空間電荷の影響は認識されないであろう。   In addition, most historical data obtained from IMS drift tubes is associated with drift tubes that are not radially confined. The effect of any space charge in such a device will cause the ions to spread radially and have no significant effect on the drift time measured by the device. Therefore, the effect of such space charge will not be recognized.

さらに、イオン保存装置内の空間電荷の影響は、捕捉領域内に存在するイオンの総数により生じる。これは、IMS装置においてイオンがIMS分離領域を通過する際に類似の移動度を有するイオンが狭い空間分布内に残り、これにより、多くのイオンが類似のイオン移動度を有する領域内では局所的な空間電荷の影響が生じるという認識とは極めて異なる。いくつかの状況では、特定の移動度領域内のイオン集団は、IMS装置内に放出されるイオン総数とは無関係に制御されなければならない。   Furthermore, the effect of space charge in the ion storage device is caused by the total number of ions present in the trapping region. This is because ions with similar mobility remain in a narrow spatial distribution as they pass through the IMS separation region in an IMS device, so that many ions are localized in regions with similar ion mobility. This is very different from the perception that the effect of space charge will occur. In some situations, the population of ions within a particular mobility region must be controlled independently of the total number of ions ejected into the IMS device.

少なくとも上記の理由のために、イオン保存装置内の空間電荷の影響を低減するための方法は、IMS装置に適用されていなかった。したがって、IMS装置が、本発明で請求される方法でその装置に入る電荷量を制御することから利益を得ることは以前認識されていなかった。   For at least the above reasons, the method for reducing the effect of space charge in the ion storage device has not been applied to IMS devices. Thus, it has not previously been recognized that an IMS device would benefit from controlling the amount of charge that enters the device in the manner claimed in the present invention.

本発明によれば、イオンパケットは、好ましくは繰り返しパルス化されてIMS装置内に入る。   According to the present invention, ion packets are preferably pulsed repeatedly into the IMS device.

イオンは、好ましくはイオン蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可され、イオントラップ内に捕捉されることになり、第1のイオンパケットは第1の蓄積期間にわたりイオントラップ内に蓄積され、第2のイオンパケットは第2の蓄積期間にわたりイオントラップ内に蓄積される。第2の蓄積期間の継続時間は、第1のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第1の蓄積期間に対して選択または変更され得る。   Ions are preferably allowed to enter the ion trap during the ion accumulation period and will be trapped in the ion trap, the first ion packet being accumulated in the ion trap over the first accumulation period, Two ion packets are accumulated in the ion trap over a second accumulation period. The duration of the second accumulation period may be selected or changed for the first accumulation period based on the difference between the charge of the ions detected in the first ion packet and the predetermined maximum charge.

第2の蓄積期間の継続時間は、第1のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を上回る場合、第1の蓄積期間に対して低減されてもよい。これは、より少ないイオンが第2の蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第2のパケット内のイオンの電荷が低減する。あるいは、第2の蓄積期間の継続時間は、第1のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を下回る場合、第1の蓄積期間に対して増加されてもよい。これは、より多くのイオンが第2の蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第2のパケット内のイオンの電荷が増加する。   The duration of the second accumulation period may be reduced relative to the first accumulation period if the charge detected in the first ion packet exceeds a predetermined maximum charge. This allows fewer ions to enter the ion trap during the second accumulation period, thereby reducing the charge of the ions in the second packet. Alternatively, the duration of the second accumulation period may be increased relative to the first accumulation period if the charge detected in the first ion packet is below a predetermined maximum charge. This allows more ions to enter the ion trap during the second accumulation period, thereby increasing the charge of the ions in the second packet.

イオンは、イオントラップ内にあるイオン充填速度で誘導され、好ましくはイオン蓄積期間中に前記イオントラップ内に捕捉される。第1のイオンパケットはイオントラップ内に第1のイオン充填速度で蓄積され、第2のイオンパケットはイオントラップ内に第2のイオン充填速度で蓄積され得る。第2の充填速度は、第1のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第1の充填速度に対して選択または変更され得る。   Ions are induced at the ion loading rate within the ion trap and are preferably trapped within the ion trap during the ion accumulation period. The first ion packet may be stored in the ion trap at a first ion filling rate, and the second ion packet may be stored in the ion trap at a second ion filling rate. The second fill rate may be selected or changed relative to the first fill rate based on the difference between the charge of the ions detected in the first ion packet and a predetermined maximum charge.

第2の充填速度は、第1のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を上回る場合、第1の充填速度に対して低減されてもよい。これは、より少ないイオンが第2のイオンパケットの蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第2のパケット内のイオンの電荷が低減する。あるいは、第2の充填速度は、第1のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を下回る場合、第1の充填速度に対して増加されてもよい。これは、より多くのイオンが、第2のイオンパケットの蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第2のパケット内のイオンの電荷が増加する。   The second fill rate may be reduced relative to the first fill rate if the charge detected in the first ion packet exceeds a predetermined maximum charge. This allows fewer ions to enter the ion trap during the accumulation period of the second ion packet, thereby reducing the charge of the ions in the second packet. Alternatively, the second fill rate may be increased relative to the first fill rate if the charge detected in the first ion packet is below a predetermined maximum charge. This allows more ions to enter the ion trap during the accumulation period of the second ion packet, thereby increasing the charge of the ions in the second packet.

各蓄積期間は同じ一定の継続時間を有し得る。   Each accumulation period may have the same constant duration.

イオントラップに向かって移動するイオンを異なる量で減衰させることにより、異なる充填速度が得られ得る。   Different filling rates can be obtained by attenuating the ions moving towards the ion trap by different amounts.

イオントラップ内のイオンの一部のみが、イオントラップからからの各イオンパケットの放出中に排出され得る。前記第2のイオンパケット内に排出される一部のサイズは、第1のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第1のイオンパケット内に排出された一部のサイズに対して選択または変更され得る。   Only a portion of the ions in the ion trap can be ejected during the discharge of each ion packet from the ion trap. The size of the portion that is ejected into the second ion packet is within the first ion packet based on the difference between the charge of the ions detected within the first ion packet and a predetermined maximum charge. It can be selected or changed for some size discharged.

第1のイオンパケットは、IMSを通った後に検出器に入る。イオンは好ましくはIMSを通るように電界により駆動され、第1のイオンパケット内のイオンはIMSを通るように強い力で駆動され、第2のイオンパケット内のイオンはIMSを通るように弱い力で駆動される。これにより、第1のイオンパケットをIMSに通して比較的迅速に掃引することができ、それは、第1のイオンパケットが主に電荷検出のためのものであり、それらのイオンはIMS内に良好に分離される必要がないので、許容され得る。第2のイオンパケットはIMSを低速度で通過し、このパケット内のイオンは良好に分離されるので、それらのイオン移動度を良好に解明することができる。   The first ion packet enters the detector after passing through the IMS. The ions are preferably driven by an electric field to pass through the IMS, the ions in the first ion packet are driven with a strong force to pass through the IMS, and the ions in the second ion packet are weak to pass through the IMS. It is driven by. This allows the first ion packet to be swept relatively quickly through the IMS, which is primarily for charge detection and the ions are good in the IMS Can be tolerated because they do not need to be separated. The second ion packet passes through the IMS at a low speed, and the ions in this packet are well separated, so that their ion mobility can be well elucidated.

質量分析器は、IMSを通過しているイオンを質量分析するためにIMSの下流に及び検出器の上流に提供されてもよい。質量分析器は、第1のイオンパケットが質量分析器により実質的に減衰されないような第1のモードで動作されてもよい。または第1のイオンパケットは、質量分析器を迂回し、次に検出器を通る。質量分析器は、そこでの質量分析中に第2のイオンパケットが質量分析器により減衰されるような第2のモードで動作されてもよい。または第2のイオンパケットは質量分析器を迂回しない。これにより、質量分析器が存在していても、第1のイオンパケット内のイオンの減衰されない電荷を決定することができる。   A mass analyzer may be provided downstream of the IMS and upstream of the detector for mass analysis of ions passing through the IMS. The mass analyzer may be operated in a first mode such that the first ion packet is not substantially attenuated by the mass analyzer. Or the first ion packet bypasses the mass analyzer and then passes through the detector. The mass analyzer may be operated in a second mode such that the second ion packet is attenuated by the mass analyzer during mass analysis therein. Or the second ion packet does not bypass the mass analyzer. This makes it possible to determine the unattenuated charge of ions in the first ion packet even in the presence of a mass analyzer.

あるいは、質量分析器及び前記検出器がIMSの下流に提供されてもよい。第1のイオンパケットが質量分析器を通ることなく検出器に誘導されてもよい。第2のイオンパケットが質量分析器に誘導されてもよい。   Alternatively, the mass analyzer and the detector may be provided downstream of the IMS. The first ion packet may be directed to the detector without passing through the mass analyzer. A second ion packet may be directed to the mass analyzer.

あるいは、検出器は、前記IMSの上流に提供されてもよく、前記第1のイオンパケットは、イオントラップから検出器に放出されてもよい。これにより、第1のイオンパケットはIMSを通過する必要がないので、電荷を比較的迅速に検出することができる。   Alternatively, a detector may be provided upstream of the IMS and the first ion packet may be emitted from the ion trap to the detector. Thereby, since the first ion packet does not need to pass through the IMS, the charge can be detected relatively quickly.

本方法は、検出器を用いて第2のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、第2のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差を決定することと、第3の後続のイオンパケットをイオントラップからIMSへ放出することとさらに含み、第3のイオンパケットの形成は、第3のイオンパケット内のイオンの電荷が、所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第2のイオンパケット内で検出された電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて制御される。   The method uses a detector to detect the charge of the ions in the second ion packet and determines the difference between the charge of the ions detected in the second ion packet and a predetermined maximum charge. And discharging a third subsequent ion packet from the ion trap to the IMS, wherein the formation of the third ion packet is such that the charge of the ions in the third ion packet is a predetermined maximum charge. Control is based on the difference between the charge detected in the second ion packet and a predetermined maximum charge so that it is substantially the same or less.

所定の最大電荷は、イオンパケット内の全てのイオンに対してパルス化されてIMS内に入れることが所望される総電荷であってもよい。この場合、第1のイオンパケット内の全てのイオンの総電荷は、検出器により検出される。   The predetermined maximum charge may be the total charge that is desired to be pulsed into all of the ions in the ion packet into the IMS. In this case, the total charge of all ions in the first ion packet is detected by the detector.

あるいは、所定の最大電荷は、イオンパケットにおいてパルス化されてIMS内に入ることが所望されるIMSを通過する所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であってもよい。この場合、第1のイオンパケットは、イオンがIMSを通過した後に検出器により検出され、検出器は、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する第1のイオンパケット内のイオンの電荷量を決定し、この検出された電荷は所定の最大電荷と比較され、その比較を用いて、所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する第2のイオンパケット内のイオンが所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、第2のイオンパケットの形成を制御する。   Alternatively, the predetermined maximum charge may be the maximum charge amount of ions within a predetermined drift time range passing through the IMS that is desired to be pulsed into the IMS in an ion packet. In this case, the first ion packet is detected by a detector after the ions have passed through the IMS, and the detector has a charge amount of ions in the first ion packet having a drift time within the predetermined drift time range. And the detected charge is compared to a predetermined maximum charge, and using the comparison, ions in a second ion packet having a drift time within a predetermined drift time range are substantially equal to the predetermined maximum charge. The formation of the second ion packet is controlled so as to have a total charge that is identical or less than the total.

あるいは、所定の最大電荷は、イオンパケットにおいてパルス化されてIMS内に入ることが所望されるIMSを通過する所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であってもよく、前記所定のドリフト時間範囲を有するイオンは、所定の質量対電荷比の範囲を有すると仮定され、第1のイオンパケットが質量分析され、所定の質量対電荷比の範囲を有するこのパケット内のイオンの総電荷が検出され、この検出された電荷は所定の最大電荷と比較され、その比較を用いて、所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する第2のイオンパケット内のイオンが所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、第2のイオンパケットの形成を制御する。   Alternatively, the predetermined maximum charge may be the maximum charge amount of ions within a predetermined drift time range that passes through the IMS that is desired to be pulsed into the IMS in an ion packet, and the predetermined drift Ions having a time range are assumed to have a predetermined mass to charge ratio range, the first ion packet is mass analyzed, and the total charge of ions in this packet having the predetermined mass to charge ratio range is The detected charge is compared with a predetermined maximum charge, and using the comparison, ions in a second ion packet having a drift time within a predetermined drift time range are substantially equal to the predetermined maximum charge. The formation of the second ion packet is controlled so as to have a total charge that is equal to or less than.

イオントラップは、IMS内へのパルス間の継続時間に対して好ましくは連続的に充填されない。   The ion trap is preferably not continuously filled for the duration between pulses into the IMS.

第2の態様から、本発明はイオン移動度分離または質量分離によるイオン分析方法を提供し、本方法は、
イオン移動度分離器分離領域(IMS)及びイオンパケットをIMS内に放出するためのイオントラップを提供することと、
イオントラップから放出された各イオンパケットにおいて、IMS内への放出が所望される所定の最大電荷を選択することと、
イオン源からのイオンを検出器に誘導し、検出されているイオン源からのイオンに起因して電荷が検出器で受信される速度を検出することと、
イオン源からのイオンをイオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみイオンを捕捉することと、
イオン蓄積期間の継続時間を選択するか、またはイオントラップ内に捕捉されたイオンの電荷が所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、蓄積期間中にイオントラップに向かって移動するイオンの減衰を制御することと、
イオンをイオントラップからIMS内に放出することと、
を含む。
From the second aspect, the present invention provides an ion analysis method by ion mobility separation or mass separation,
Providing an ion mobility separator separation region (IMS) and an ion trap for discharging ion packets into the IMS;
For each ion packet emitted from the ion trap, selecting a predetermined maximum charge desired to be released into the IMS;
Directing ions from the ion source to the detector and detecting the rate at which charge is received at the detector due to ions from the ion source being detected;
Directing ions from the ion source into the ion trap and trapping ions only during the ion accumulation period;
Select the duration of the ion accumulation period, or the ion trap during the accumulation period so that the charge of the ions trapped in the ion trap is substantially equal to or less than the predetermined maximum charge Controlling the attenuation of ions moving towards
Discharging ions from the ion trap into the IMS;
including.

イオン源は、検出器とイオントラップとの間に方向転換される連続的なイオンビームを生成し得る。   The ion source may generate a continuous ion beam that is redirected between the detector and the ion trap.

検出器は、好ましくは前記IMSの上流に提供される。   A detector is preferably provided upstream of the IMS.

所定の最大電荷は、好ましくはイオンパケット内の全てのイオンに対してパルス化されてIMS内に入ることが所望される総電荷である。   The predetermined maximum charge is preferably the total charge that is desired to be pulsed into all of the ions in the ion packet and enter the IMS.

イオントラップは、好ましくは、IMS内へのパルスの間の継続時間にわたり連続的に充填されない。   The ion trap is preferably not continuously filled for the duration between pulses into the IMS.

本方法は、IMSを通過するイオンがそれらのイオン移動度に従って分離するように、第1の電界条件がIMS内に加えられる第1の動作モードで動作することと、IMSを通過するイオンがそれらの質量対電荷比に従って分離するように、第2の電界条件がIMS内に加えられる第2の動作モードで動作することとをさらに含み得る。   The method operates in a first mode of operation in which a first electric field condition is applied in the IMS such that ions passing through the IMS separate according to their ion mobility, and ions passing through the IMS Operating in a second mode of operation in which a second electric field condition is applied in the IMS to separate according to the mass-to-charge ratio.

本発明は、IMS分離領域内でのイオンのイオン移動度及び/または質量対電荷比に従ってイオンを分離することにより、イオンを分析するのに用いられ得る。第1の電界条件がIMS分離領域にわたり加えられる場合、分離領域内の緩衝ガスを通過するイオンは、それらのイオン移動度に従って分離することになる。対照的に、第2の電界条件がIMS分離領域にわたり加えられる場合、分離領域内の緩衝ガスを通過するイオンは、それらの質量対電荷比に従って分離することになる。分析器は、いずれかのモードで動作され得る、または一方のモードを実行し、次に他方のモードを実行するように2つのモード間で切り換えられ得る。   The present invention can be used to analyze ions by separating ions according to the ion mobility and / or mass to charge ratio of the ions within the IMS separation region. When the first electric field condition is applied across the IMS separation region, ions passing through the buffer gas in the separation region will separate according to their ion mobility. In contrast, if a second field condition is applied across the IMS separation region, ions passing through the buffer gas in the separation region will separate according to their mass-to-charge ratio. The analyzer can be operated in either mode, or can be switched between two modes to perform one mode and then perform the other mode.

例えば、電界は、分離領域内の緩衝ガスを通してイオンを駆動させ、イオンをそれらのイオン移動度に従って分離させるように、分離領域に沿って連続的に整えられ得る。このモードでは、イオンは、緩衝ガス内のそれらのイオン移動度に依存するほぼ定常状態の速度で、分離領域を通って移動する。   For example, the electric field can be continuously tuned along the separation region to drive ions through a buffer gas in the separation region and cause the ions to separate according to their ion mobility. In this mode, ions move through the separation region at a near steady state speed that depends on their ion mobility in the buffer gas.

あるいは、電界は、イオンを分離領域に通して駆動させるように、分離領域を通過するイオンがそれらのイオン移動度に従って分離されるようにパルス電圧を分離領域に印加することにより、分離領域に沿って間欠的に整えられ得る。このモードでは、イオンを分離領域に通して駆動させる電界がパルスを開始及び停止させるので、イオンは、イオンが分離領域内の緩衝ガスを通過する際にそれらの定常状態の速度に到達するのを妨げられる。したがって、分離領域を通過するイオンの速度は、次のパルスが印加される前に減衰する。これにより、イオンは、イオンが分離領域を通過する際にそれらの質量対電荷比に従って分離することになる。   Alternatively, the electric field is applied along the separation region by applying a pulse voltage to the separation region such that ions passing through the separation region are separated according to their ion mobility, as the ions are driven through the separation region. Can be arranged intermittently. In this mode, the electric field that drives the ions through the separation region starts and stops the pulses, so that the ions reach their steady state velocity as they pass through the buffer gas in the separation region. Be disturbed. Therefore, the velocity of ions passing through the separation region decays before the next pulse is applied. This causes the ions to separate according to their mass-to-charge ratio as they pass through the separation region.

イオンを緩衝ガスに通して駆動させるのに、電位障壁または井戸が分離領域に沿って搬送されることが考慮される。第1のモードでは、イオンを分離領域に通して駆動させるのに比較的遅い移動電位障壁または井戸が用いられ、その結果、イオンが分離領域を通過する際に、イオンはそれらのイオン移動度に従って分離し得る。第2のモードでは、イオンを分離領域に通して駆動させるのに比較的速い移動電位障壁または井戸が用いられ、その結果、イオンが分離領域を通過する際に、イオンはそれらの質量対電荷比に従って分離し得る。   It is contemplated that potential barriers or wells are transported along the isolation region to drive ions through the buffer gas. In the first mode, a relatively slow migration potential barrier or well is used to drive ions through the separation region, so that as the ions pass through the separation region, the ions follow their ion mobility. Can be separated. In the second mode, a relatively fast moving potential barrier or well is used to drive ions through the separation region, so that as the ions pass through the separation region, the ions have their mass-to-charge ratio. Can be separated according to

分離領域は、米国公開第2010/0032561号に開示される技術に従ってイオン移動度分離または質量対電荷比分離を達成するように動作され得る。   The separation region can be operated to achieve ion mobility separation or mass to charge ratio separation according to the techniques disclosed in US Publication No. 2010/0032561.

本発明は、上記の方法のいずれか1つを実行するように配置及び構成され、制御手段を有するイオン移動度分光計または質量分光計も提供する。   The present invention also provides an ion mobility spectrometer or mass spectrometer that is arranged and configured to perform any one of the above methods and that has control means.

したがって、本発明は、イオン移動度分光計または質量分光計を提供し、本分光計は、
イオン移動度分離器分離領域(IMS)、イオンパケットをIMS内に放出するためのイオントラップ、及び検出器、並びに、
イオントラップから第1のイオンパケットを放出させ、
検出器を用いて第1のイオンパケット内のイオンの電荷を検出し、
検出器により検出された電荷と、イオントラップからIMS内に放出された各イオンパケットにおいてIMS内の放出されることが所望される所定の最大電荷との間の差を決定し、かつ
第2のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第1のイオンパケット内で検出された電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第2のイオンパケットの形成が制御されるように、第2の後続のイオンパケットをイオントラップからIMS内に放出するように配置及び適合された制御手段を備える。
Accordingly, the present invention provides an ion mobility spectrometer or mass spectrometer,
An ion mobility separator separation region (IMS), an ion trap and detector for emitting ion packets into the IMS, and
Discharging a first ion packet from the ion trap;
Detecting the charge of the ions in the first ion packet using a detector;
Determining a difference between the charge detected by the detector and a predetermined maximum charge desired to be emitted in the IMS for each ion packet emitted from the ion trap into the IMS; and Between the charge detected in the first ion packet and the predetermined maximum charge so that the charge of the ions in the ion packet is substantially equal to or less than the predetermined maximum charge. Control means arranged and adapted to eject a second subsequent ion packet from the ion trap into the IMS such that formation of the second ion packet is controlled based on the difference.

本発明は、イオン移動度分光計または質量分光計も提供し、本分光計は、
イオン源、イオン移動度分離器分離領域(IMS)、イオンパケットをIMS内に放出するためのイオントラップ、及び検出器、並びに、
イオン源からのイオンを検出器に誘導し、検出されているイオン源からのイオンに起因して電荷が検出器で受信される速度を検出し、
イオン源からのイオンをイオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみイオンを捕捉し、
イオン蓄積期間の継続時間を選択し、またはイオントラップ内に捕捉されたイオンの電荷がイオントラップから放出された各イオンパケットにおいてIMS内への放出が所望される所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、蓄積期間中にイオントラップの方に伝搬するイオンの減衰を制御し、かつ
イオンをイオントラップからIMS内に放出するように配置及び適合された制御手段を備える。
The present invention also provides an ion mobility spectrometer or mass spectrometer,
An ion source, an ion mobility separator separation region (IMS), an ion trap and a detector for emitting ion packets into the IMS, and
Direct ions from the ion source to the detector, detect the rate at which charge is received at the detector due to ions from the ion source being detected,
Ions from the ion source are guided into the ion trap and captured only during the ion accumulation period
Select the duration of the ion accumulation period, or the charge of ions trapped in the ion trap is substantially the same as the predetermined maximum charge desired to be released into the IMS for each ion packet emitted from the ion trap Control means arranged and adapted to control the attenuation of ions propagating towards the ion trap during the accumulation period and to release ions from the ion trap into the IMS such that they are less than or equal to Is provided.

これらの質量分光計はさらに、
(a)(i)電子噴霧イオン化(「ESI」)イオン源、(ii)大気圧光イオン化(「APPI」)イオン源、(iii)大気圧化学イオン化(「APCI」)イオン源、(iv)基質誘起レーザ脱着イオン化(「MALDI」)イオン源、(v)レーザ脱着イオン化(「LDI」)イオン源、(vi)大気圧イオン化(「API」)イオン源、(vii)シリコン上脱着イオン化(「DIOS」)イオン源、(viii)電子衝撃(「EI」)イオン源、(ix)化学イオン化(「CI」)イオン源、(x)フィールドイオン化(「FI」)イオン源、(xi)フィールド脱着(「FD」)イオン源、(xii)誘導結合プラズマ(「ICP」)イオン源、(xiii)高速原子爆撃(「FAB」)イオン源、(xiv)液体第2イオン質量分光計(「LSIMS」)イオン源、(xv)脱着電子噴霧イオン化(「DESI」)イオン源、(xvi)ニッケル−63放射性イオン源、(xvii)大気圧基質誘起レーザ脱着イオン化イオン源、(xviii)熱噴霧イオン源、(xix)大気抽出グロー放電イオン化(「ASGDI」)イオン源、(xx)グロー放電(「GD」)イオン源、(xxi)衝突イオン源、(xxii)実時間直接分析(「DART」)イオン源、(xxiii)レーザ噴霧イオン化(「LSI」)イオン源、(xxiv)音波噴霧イオン化(「SSI」)イオン源、(xxv)基質誘起吸入イオン化(「MAII」)イオン源、及び(xxvi)溶媒誘起吸入イオン化(SAII)イオン源から成る群から選択されるイオン源、及び/または
(b)1つ以上の連続またはパルスイオン源、及び/または
(c)1つ以上のイオンガイド、及び/または
(d)1つ以上のイオン移動度分離装置及び/または1つ以上のフィールド非対称イオン移動度分光計装置、及び/または
(e)1つ以上のイオントラップまたは1つ以上のイオン捕捉領域、及び/または
(f)(i)衝突誘発解離(「CID」)分裂装置、(ii)表面誘発解離(「SID」)分裂装置、(iii)電子移動解離(「ETD」)分裂装置、(iv)電子捕獲解離(「ECD」)分裂装置、(v)電子衝突または衝撃解離分裂装置、(vi)光誘発解離(「PID」)分裂装置、(vii)レーザ誘発解離分裂装置、(viii)赤外放射誘発解離装置、(ix)紫外線放射誘発解離装置、(x)ノズル−スキマー界面分裂装置、(xi)ソース内分裂装置、(xii)ソース内衝突誘発解離分裂装置、(xiii)熱または温度源分裂装置、(xiv)電界誘発分裂装置、(xv)磁界誘発分裂装置、(xvi)酵素消化または酵素劣化分裂装置、(xvii)イオン間反応分裂装置、(xviii)イオン分子反応分裂装置、(xix)イオン原子反応分裂装置、(xx)イオン準安定イオン反応分裂装置、(xxi)イオン準安定分子反応分裂装置、(xxii)イオン準安定原子反応分裂装置、(xxiii)付加物を形成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン間反応装置、(xxiv)付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン分子反応装置、(xxv)付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−原子反応装置、(xxvi)付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−準安定イオン反応装置、(xxvii)付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−準分子反応装置、(xxviii)付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−準安定原子反応装置、(xxix)電子イオン化解離(EID)分裂装置から成る群から選択される1つ以上の衝突、分裂または反応セル、及び/または
(g)(i)四極質量分析器、(ii)2Dまたは直線四極質量分析器、(iii)ポールまたは3D四極質量分析器、(iv)ペニングトラップ質量分析器、(v)イオントラップ質量分析器、(vi)磁気区画質量分析器、(vii)イオンサイクロトロン共鳴(「ICR」)質量分析器、(viii)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴(「FTICR」)質量分析器、(ix)静電または軌道トラップ質量分析器、(x)フーリエ変換静電または軌道トラップ質量分析器、(xi)フーリエ変換質量分析器、(xii)飛行時間質量分析器、(xiii)直交加速飛行時間質量分析器、及び(xiv)直線加速飛行時間質量分析器から成る群から選択される質量分析器、及び/または
(h)1つ以上のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器、及び/または
(i)1つ以上のイオン検出器、及び/または
(j)(i)四極質量フィルタ、(ii)2Dまたは直線四極イオントラップ、(iii)ポールまたは3D四極イオントラップ、(iv)ペニングイオントラップ、(v)イオントラップ、(vi)磁気区画質量フィルタ、(vii)飛行時間質量フィルタ、及び(viii)ウィーンフィルタから成る群から選択される1つ以上の質量フィルタ、及び/または
(k)イオンをパルス化するための装置またはイオンゲート、及び/または
(l)ほぼ連続的なイオンビームをパルスイオンビームに変換するための装置
を備えている。
These mass spectrometers further
(A) (i) Electrospray ionization (“ESI”) ion source, (ii) Atmospheric pressure photoionization (“APPI”) ion source, (iii) Atmospheric pressure chemical ionization (“APCI”) ion source, (iv) Substrate-induced laser desorption ionization (“MALDI”) ion source, (v) laser desorption ionization (“LDI”) ion source, (vi) atmospheric pressure ionization (“API”) ion source, (vii) desorption ionization on silicon (“ DIOS ") ion source, (viii) electron impact (" EI ") ion source, (ix) chemical ionization (" CI ") ion source, (x) field ionization (" FI ") ion source, (xi) field desorption (“FD”) ion source, (xii) inductively coupled plasma (“ICP”) ion source, (xiii) fast atom bombing (“FAB”) ion source, (xiv) liquid second ion Quantity spectrometer (“LSIMS”) ion source, (xv) desorption electrospray ionization (“DESI”) ion source, (xvi) nickel-63 radioactive ion source, (xvii) atmospheric pressure substrate induced laser desorption ionization ion source, ( xviii) thermal spray ion source, (xix) atmospheric extraction glow discharge ionization (“ASGDI”) ion source, (xx) glow discharge (“GD”) ion source, (xxi) impact ion source, (xxii) real-time direct analysis ("DART") ion source, (xxiii) laser atomization ionization ("LSI") ion source, (xxiv) sonic atomization ionization ("SSI") ion source, (xxv) substrate-induced inhalation ionization ("MAII") ion source And (xxvi) an ion source selected from the group consisting of a solvent-induced inhaled ionization (SAII) ion source, and / or (b) One or more continuous or pulsed ion sources, and / or (c) one or more ion guides, and / or (d) one or more ion mobility separators and / or one or more field asymmetric ion mobilities. A spectrometer device, and / or (e) one or more ion traps or one or more ion capture regions, and / or (f) (i) a collision-induced dissociation (“CID”) fission device, (ii) surface triggering Dissociation (“SID”) splitting device, (iii) electron transfer dissociation (“ETD”) splitting device, (iv) electron capture dissociation (“ECD”) splitting device, (v) electron impact or impact dissociation splitting device, (vi ) Photo-induced dissociation (“PID”) splitting device, (vii) laser-induced dissociation splitting device, (viii) infrared radiation-induced dissociation device, (ix) ultraviolet radiation-induced dissociation device, (x) nozzle-skimmer interface Fission device, (xi) intra-source fission device, (xii) intra-source collision induced dissociation fission device, (xiii) thermal or temperature source fission device, (xiv) electric field induced fission device, (xv) magnetic field induced fission device, (xvi) ) An enzymatic digestion or enzyme degradation splitting device, (xvii) an interionic reaction splitting device, (xviii) an ionic molecular reaction splitting device, (xix) an ionic atom reactive splitting device, (xx) an ion metastable ion reactive splitting device, (xxi) An ion metastable molecular reaction splitting device, (xxii) an ion metastable atomic reaction splitting device, (xxiii) an ion-to-ion reaction device for forming an adduct or generating an ion, (xxiv) generating an adduct Or ion molecule reactor for ion reaction to generate ions, (xxv) to generate adducts or to generate ions Ion-atom reactor for on-reaction, (xxvi) Ion-metastable ion reactor for ion reaction to produce adducts or ions, (xxvii) to produce adducts or produce ions Ion-quasi-molecular reactor for ion reaction, (xxviii) Ion-metastable atom reactor for ion reaction to generate adducts or ions, (xxix) Electron ionization dissociation (EID) splitting device One or more collision, splitting or reaction cell selected from: and / or (g) (i) a quadrupole mass analyzer, (ii) a 2D or linear quadrupole mass analyzer, (iii) a pole or 3D quadrupole mass analyzer , (Iv) Penning trap mass analyzer, (v) ion trap mass analyzer, (vi) magnetic compartment mass analyzer, (vii) ion sensor Crotron resonance (“ICR”) mass analyzer, (viii) Fourier transform ion cyclotron resonance (“FTICR”) mass analyzer, (ix) electrostatic or orbital trap mass analyzer, (x) Fourier transform electrostatic or orbital trap Selected from the group consisting of a mass analyzer, (xi) a Fourier transform mass analyzer, (xii) a time-of-flight mass analyzer, (xiii) an orthogonal acceleration time-of-flight mass analyzer, and (xiv) a linear acceleration time-of-flight mass analyzer And / or (h) one or more energy analyzers or electrostatic energy analyzers, and / or (i) one or more ion detectors, and / or (j) (i) a quadrupole mass. Filter, (ii) 2D or linear quadrupole ion trap, (iii) pole or 3D quadrupole ion trap, (iv) Penning ion trap One or more mass filters selected from the group consisting of: (v) an ion trap, (vi) a magnetic compartment mass filter, (vii) a time-of-flight mass filter, and (viii) a Wien filter, and / or (k) ions And / or (1) a device for converting a substantially continuous ion beam into a pulsed ion beam.

これらの質量分光計はさらに、
(i)外部樽状電極と同軸内部軸状電極とを備えたCトラップ及び軌道トラップ(RTM)質量分析器であって、第1の動作モードにおいて、イオンはCトラップに伝送され、次に軌道トラップ(RTM)質量分析器内に注入され、第2の動作モードにおいて、イオンはCトラップに伝送され、次に衝突セルまたは電子移動解離装置に伝送され、少なくともいくつかのイオンは分裂イオンに分裂され、次に分裂イオンは、軌道トラップ(RTM)質量分析器内に注入される前にCトラップに伝送される質量分析器、及び/または
(ii)イオンが使用中にその内部で伝送される開口をそれぞれ有する複数の電極を備えた積み重ねられた環イオンガイドであって、電極の間隔はイオン経路の長さに沿って増加し、イオンガイドの上流部分における電極内の開口は第1の直径を有し、イオンガイドの下流部分における電極内の開口は第1の直径よりも小さい第2の直径を有し、ACまたはRF電圧の反対の位相が使用中に連続する電極に印加される、イオンガイド
のいずれかを備えてもよい。
These mass spectrometers further
(I) a C trap and orbit trap (RTM) mass analyzer with an outer barrel electrode and a coaxial inner shaft electrode, in a first mode of operation, ions are transmitted to the C trap, and then the orbit Injected into a trap (RTM) mass analyzer and in a second mode of operation, ions are transferred to a C trap and then transferred to a collision cell or electron transfer dissociator, at least some ions split into split ions And then split ions are transmitted to the C trap before being injected into an orbital trap (RTM) mass analyzer, and / or (ii) ions are transmitted therein during use A stacked ring ion guide with a plurality of electrodes each having an opening, the electrode spacing increasing along the length of the ion path and in the upstream portion of the ion guide. The aperture in the electrode has a first diameter, the aperture in the electrode in the downstream portion of the ion guide has a second diameter smaller than the first diameter, and the opposite phase of the AC or RF voltage is used Any of the ion guides applied to the continuous electrode may be provided.

これらの質量分光計は、ACまたはRF電圧を電極に供給するように配置及び適合された装置をさらに備えてもよい。ACまたはRF電圧は好ましくは、(i)<50V頂点間、(ii)50〜100V頂点間、(iii)100〜150V頂点間、(iv)150〜200V頂点間、(v)200〜250V頂点間、(vi)250〜300V頂点間、(vii)300〜350V頂点間、(viii)350〜400V頂点間、(ix)400〜450V頂点間、(x)450〜500V頂点間、及び(xi)>500V頂点間から成る群から選択される振幅を有する。   These mass spectrometers may further comprise a device arranged and adapted to supply an AC or RF voltage to the electrodes. The AC or RF voltage is preferably (i) <50V vertex, (ii) 50-100V vertex, (iii) 100-150V vertex, (iv) 150-200V vertex, (v) 200-250V vertex (Vi) between 250-300V vertices, (vii) between 300-350V vertices, (viii) between 350-400V vertices, (ix) between 400-450V vertices, (x) between 450-500V vertices, and (xi )> Amplitude selected from the group consisting of> 500V vertices.

ACまたはRF電圧は好ましくは、(i)<100kHz、(ii)100〜200kHz、(iii)200〜300kHz、(iv)300〜400kHz、(v)400〜500kHz、(vi)0.5〜1.0MHz、(vii)1.0〜1.5MHz、(viii)1.5〜2.0MHz、(ix)2.0〜2.5MHz、(x)2.5〜3.0MHz、(xi)3.0〜3.5MHz、(xii)3.5〜4.0MHz、(xiii)4.0〜4.5MHz、(xiv)4.5〜5.0MHz、(xv)5.0〜5.5MHz、(xvi)5.5〜6.0Hz、(xvii)6.0〜6.5MHz、(xviii)6.5〜7.0MHz、(xix)7.0〜7.5MHz、(xx)7.5〜8.0MHz、(xxi)8.0〜8.5MHz、(xxii)8.5〜9.0MHz、(xxiii)9.0〜9.5MHz、(xxiv)9.5〜10.0MHz、及び(xxv)>10.0MHzから成る群から選択される周波数を有する。   The AC or RF voltage is preferably (i) <100 kHz, (ii) 100-200 kHz, (iii) 200-300 kHz, (iv) 300-400 kHz, (v) 400-500 kHz, (vi) 0.5-1 0.0 MHz, (vii) 1.0-1.5 MHz, (viii) 1.5-2.0 MHz, (ix) 2.0-2.5 MHz, (x) 2.5-3.0 MHz, (xi) 3.0 to 3.5 MHz, (xii) 3.5 to 4.0 MHz, (xiii) 4.0 to 4.5 MHz, (xiv) 4.5 to 5.0 MHz, (xv) 5.0 to 5. 5 MHz, (xvi) 5.5-6.0 Hz, (xvii) 6.0-6.5 MHz, (xviii) 6.5-7.0 MHz, (xix) 7.0-7.5 MHz, (xx) 7 .5 to 8.0 MHz, (xxi) 8.0 .5MHz, (xxii) 8.5-9.0MHz, (xxiii) 9.0-9.5MHz, (xxiv) 9.5-10.0MHz, and (xxv)> 10.0MHz Frequency.

本発明のさまざまな実施形態が、例としてのみ、付属の図面を参照して記載されることになる。   Various embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.

本発明の第1の実施形態によるイオン移動度分光計を示す。1 shows an ion mobility spectrometer according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態によるイオン移動度分光計を示す。3 shows an ion mobility spectrometer according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態によるイオン移動度分光計を示す。4 shows an ion mobility spectrometer according to a third embodiment of the present invention. イオン検出器とイオン分析器との間でイオンビームを切り換えるための切換装置を示す。1 shows a switching device for switching an ion beam between an ion detector and an ion analyzer. イオン検出器とイオン分析器との間でイオンビームを切り換えるための切換装置を示す。1 shows a switching device for switching an ion beam between an ion detector and an ion analyzer. 本発明の好ましい実施形態による方法の一部を示す流れ図を示す。2 shows a flow diagram illustrating a portion of a method according to a preferred embodiment of the invention.

図1は、好ましい実施形態によるイオン移動度分光計のブロック図を示す。本装置は、を入口ゲート電極2、イオン捕捉領域3、イオン移動度分離(IMS)ドリフト管5、及び検出器7を備えている。動作中は、イオンビーム1が装置により受信される。このビームは、連続的イオンビームであっても、離散的イオンビームであってもよい。ビーム1は、イオン源から直接受信されてもよく、捕捉領域3の上流の分析装置または分裂/反応領域を通過してもよい。   FIG. 1 shows a block diagram of an ion mobility spectrometer according to a preferred embodiment. The apparatus comprises an entrance gate electrode 2, an ion capture region 3, an ion mobility separation (IMS) drift tube 5, and a detector 7. During operation, the ion beam 1 is received by the device. This beam may be a continuous ion beam or a discrete ion beam. The beam 1 may be received directly from the ion source and may pass through an analyzer or split / reaction region upstream of the capture region 3.

好ましくは、捕捉領域3は、RF閉じ込めイオンガイドである。捕捉領域は、ロッドセットであっても、積み重ねられた環設計であっても、同軸構造であってもよい。捕捉領域3は、好ましくは緩衝ガスの注入により0.1〜10torrの圧力で維持される。   Preferably, the capture region 3 is an RF confined ion guide. The capture region may be a rod set, a stacked ring design, or a coaxial structure. The capture region 3 is preferably maintained at a pressure of 0.1 to 10 torr by injection of buffer gas.

当該技術分野で周知の動作モードによれば、イオンは最初に蓄積期間中に捕捉領域3を充たすのを許可される。この期間中は、入口ゲート電極2に印加される電位は、イオン1がイオン捕捉領域3に入ることができるようなものであり、一方では、出口ゲート電極4は、捕捉領域3に入るイオンが出ることができないような電位に設定される。蓄積時間T1後、入口ゲート電極2に印加される電位は、イオンが捕捉領域3に実質的に入ることができないように変更される。同時に、または遅延時間後、出口ゲート電極4に印加される電位は、イオンが自由に捕捉領域3を出ることできるように変更される。次にイオンは、捕捉領域3からIMS分離ドリフト管5内に駆動される。イオンは、捕捉領域3の入口から出口への方向に移動するようにイオンに働きかけるDC場により、DC移動波により、擬似電位駆動力により、または緩衝ガスの流れにより、IMS装置5内に駆動され得る。   According to operating modes well known in the art, ions are initially allowed to fill the capture region 3 during the accumulation period. During this period, the potential applied to the entrance gate electrode 2 is such that the ions 1 can enter the ion trapping region 3 while the exit gate electrode 4 has ions entering the trapping region 3. The potential is set so that it cannot be output. After the accumulation time T1, the potential applied to the entrance gate electrode 2 is changed so that ions cannot substantially enter the capture region 3. At the same time or after a delay time, the potential applied to the exit gate electrode 4 is changed so that ions can freely leave the capture region 3. The ions are then driven from the capture region 3 into the IMS separation drift tube 5. The ions are driven into the IMS device 5 by a DC field that acts on the ions to move in the direction from the entrance to the exit of the capture region 3, by a DC moving wave, by a pseudopotential drive force, or by a flow of buffer gas. obtain.

イオンは、比較的低い時間的及び空間的拡がりでIMSドリフト管5に入る。全てのイオンが捕捉領域3を離れた後、出口ゲート電極4に印加される電位は、さらなるイオンが捕捉領域3を出ることができないように変更され、入口ゲート電極2に印加される電位は、次のイオン集団が捕捉領域3内で蓄積し始めるように変更される。同時に、または短い遅延時間後に、イオンは、DC場または移動波を印加することによりイオン移動度ドリフト管5の下方に押し出される。ドリフト管5は、好ましくは、ロッドセットまたは積み重ねられた環から構成され、かつ高圧で動作されるRF閉じ込めイオンガイドである。第1のイオン集団がIMS装置5内のそれらのドリフト時間に従って分離している間、第2のイオン集合が、捕捉領域3内で蓄積されている。全てのイオンがIMSドリフト管5を出ているとき、または所定のIMS分離時間が完了したとき、第2のイオン集合は捕捉領域3からIMS分離装置5内に放出され、第3のイオン集合はイオントラップ3内に蓄積される。   Ions enter the IMS drift tube 5 with a relatively low temporal and spatial extent. After all ions have left the capture region 3, the potential applied to the exit gate electrode 4 is changed so that no further ions can exit the capture region 3, and the potential applied to the entrance gate electrode 2 is The next ion population is changed to start accumulating in the capture region 3. At the same time or after a short delay time, the ions are pushed down the ion mobility drift tube 5 by applying a DC field or a traveling wave. The drift tube 5 is preferably an RF confined ion guide composed of rod sets or stacked rings and operated at high pressure. While the first ion population is separated according to their drift time in the IMS device 5, the second ion population is accumulated in the capture region 3. When all ions exit the IMS drift tube 5 or when a predetermined IMS separation time is complete, the second ion set is ejected from the capture region 3 into the IMS separator 5 and the third ion set is Accumulated in the ion trap 3.

IMS分離装置5を出るイオン6は検出器7上で記録される。イオンは、検出器7で記録される前に別の分析または分裂/反応領域を通過する。   Ions 6 leaving the IMS separator 5 are recorded on the detector 7. The ions pass through another analysis or fission / reaction region before being recorded by the detector 7.

従来の技術に従って、イオントラップ3における捕捉期間の継続時間は一定であり、ドリフト管5を用いたIMS分離のサイクル時間に同期している。イオントラップ3は、IMS分離サイクルの間にイオンを捕捉することにより装置のデューティサイクルを高めるのに用いられる。しかしながら、そのような技術により、イオントラップ3内でイオンの電荷密度が高くなる場合があり、イオンが続いてイオントラップ3からIMSドリフト管5内に放出されるとき、電荷密度が、イオンのドリフト時間を変更してIMSピーク幅を広くする場合があると認識されている。   According to the conventional technique, the duration of the trapping period in the ion trap 3 is constant and is synchronized with the cycle time of the IMS separation using the drift tube 5. The ion trap 3 is used to increase the duty cycle of the device by trapping ions during the IMS separation cycle. However, such a technique may increase the charge density of the ions in the ion trap 3, and when ions are subsequently ejected from the ion trap 3 into the IMS drift tube 5, the charge density is reduced by the drift of the ions. It has been recognized that changing the time may increase the IMS peak width.

本発明の好ましい実施形態によれば、イオン捕捉領域3内で後続のイオン集団の蓄積時間を制御するために、IMS分離装置5を通過しており且つ検出器7を用いて検出されている第1のイオン集団の電荷密度が、その自体の事前に記録されたデータ上で、またはそのデータと組み合わせて用いられる。この蓄積時間は、イオン捕捉領域3からIMS装置5に入る総電荷密度が所定の最大値を超えないように、IMS装置5の分析性能制御が損なわれないように制御され得る。   According to a preferred embodiment of the present invention, the first time being passed through the IMS separator 5 and detected using the detector 7 in order to control the accumulation time of the subsequent ion population in the ion trapping region 3. The charge density of one ion population is used on or in combination with its own pre-recorded data. This accumulation time can be controlled so that the analytical performance control of the IMS device 5 is not impaired so that the total charge density entering the IMS device 5 from the ion trapping region 3 does not exceed a predetermined maximum value.

例えば、動作中は、第1のイオン集団P(1)が、時間T1にわたり捕捉領域3内に蓄積される。この第1のイオン集団はパルス化されてIMSドリフト管5内に入り、IMS分離が時間期間Tにわたり(IMS)起こる間、第2のイオン集団P(2)は、時間T2にわたりイオントラップ3内に蓄積され、T2=T(IMS)である。第1のイオン集団の電荷密度I(1)は、検出器7で測定され、第3のイオン集団P(3)に対してイオントラップ3内に蓄積される推定電荷密度I(3)が所定の限界I(L)内にあることを確保するのに必要とされる蓄積時間T3を計算するのに用いられる。式中、

Figure 2016522401
好ましくはT(IMS)に等しい場合に許容される最大蓄積時間T(最大)。 For example, during operation, the first ion population P (1) is accumulated in the capture region 3 over time T1. This first population of ions is pulsed into the IMS drift tube 5 and the second population of ions P (2) is in the ion trap 3 over time T2 while IMS separation occurs over a time period T (IMS). And T2 = T (IMS). The charge density I (1) of the first ion population is measured by the detector 7, and the estimated charge density I (3) accumulated in the ion trap 3 with respect to the third ion population P (3) is predetermined. Is used to calculate the accumulation time T3 required to ensure that it is within the limit I (L). Where
Figure 2016522401
Maximum accumulation time T (maximum) allowed, preferably when equal to T (IMS).

第1のイオン集団がIMS装置5及び検出器7により分析された後、第2のイオン集団がIMS装置5内に注入され、第3のイオン集団P(3)が時間T3にわたりイオントラップ3内に蓄積される。時間期間T3は、第1のイオン集団に対して第3のイオン集団の電荷密度を低減するようにT1未満であり得る。   After the first ion population is analyzed by the IMS device 5 and the detector 7, the second ion population is injected into the IMS device 5, and the third ion population P (3) remains in the ion trap 3 over time T 3. Accumulated in. Time period T3 may be less than T1 to reduce the charge density of the third ion population relative to the first ion population.

イオンが時間T3にわたりイオントラップ3内に蓄積された後、これらのイオンは、IMSドリフト管5内に放出される前に別の時間期間時間T(IMS)−T3にわたりイオントラップ内に保たれる。これは、第2のイオン集団がドリフト管5内に分離されている間、第3のイオン集団がドリフト管5に入らないことを確保する。一般に、

Figure 2016522401
式中、Tnは、イオントラップ3内の第nのイオン集団に対する蓄積時間を表す。T(n−2)は、イオントラップ3内の第(n−2)のイオン密度に対する蓄積時間を表す。I(L)は、IMS飛行管5に入ることが所望される所定の電荷密度限界を表す。I(n−2)は、第(n−2)のイオン集団の電荷密度を表す。 After ions have accumulated in the ion trap 3 for time T3, these ions are kept in the ion trap for another time period time T (IMS) -T3 before being released into the IMS drift tube 5. . This ensures that the third ion population does not enter the drift tube 5 while the second ion population is separated into the drift tube 5. In general,
Figure 2016522401
In the equation, Tn represents the accumulation time for the nth ion population in the ion trap 3. T (n−2) represents the accumulation time with respect to the (n−2) th ion density in the ion trap 3. I (L) represents the predetermined charge density limit that is desired to enter the IMS flight tube 5. I (n-2) represents the charge density of the (n-2) th ion population.

捕捉領域3の蓄積時間のこの帰還制御は、実験時間の継続時間中の多くのIMSサイクルにわたり継続し得る。イオントラップ3の蓄積時間は、IMSドリフト時間にほぼ等しい最大時間T(最大)と最小蓄積時間T(最小)との間で変化し得る。T(n)>T(最大)の場合、T(n)はT(最大)に設定される。T(n)<T(最小)の場合、T(n)=T(最小)である。   This feedback control of the acquisition time of the capture region 3 can continue over many IMS cycles during the duration of the experiment time. The accumulation time of the ion trap 3 can vary between a maximum time T (maximum) approximately equal to the IMS drift time and a minimum accumulation time T (minimum). When T (n)> T (maximum), T (n) is set to T (maximum). When T (n) <T (minimum), T (n) = T (minimum).

本発明は、IMS分離装置に入るイオン集団を制御するための他の方法も考慮する。例えば、データの傾向を検討して後続のイオン集団の電荷密度を予想し、ゆえにこの予想に基づいてこの後続の集団の蓄積時間を調節するために、イオン集団の予想の基準を単一の記録データ集合からのデータに置く代わりに、いくつかの事前に記録されたデータ集合が用いられてもよい。   The present invention also contemplates other methods for controlling the ion population entering the IMS separator. For example, a single record of ion population prediction criteria can be used to study data trends to predict the charge density of subsequent ion populations, and thus adjust the accumulation time of this subsequent population based on this prediction. Instead of putting in data from a data set, several pre-recorded data sets may be used.

記載される模範的な方法では、後続の単一のIMS分離に対する集団を調節するために、単一のIMS分離実験からのデータが用いられる。しかしながら、その各々がほぼ同じ蓄積時間を用いて取得される、複数のIMS実験の集合からのデータの平均または合計をとり、次に後続集合のIMSデータに対する蓄積時間を予想するのに、このデータを用いるのが好ましい場合がある。   In the exemplary method described, data from a single IMS separation experiment is used to adjust the population for subsequent single IMS separations. However, this data can be used to average or sum the data from a set of IMS experiments, each of which is acquired using approximately the same accumulation time, and then to predict the accumulation time for subsequent sets of IMS data. May be preferred.

IMS分離は、高いピーク容量を有する多次元データ集合を生成するために、液体または気体クロマトグラフィー(LCまたはGC)のようなクロマトグラム分離と組み合わされ得る、または入れ子にされ得る。   IMS separation can be combined or nested with chromatogram separations such as liquid or gas chromatography (LC or GC) to produce multi-dimensional data sets with high peak volumes.

LCクロマトグラフィーの場合、ピークは、基底で1〜10秒の幅であり得る。クロマトグラフィーピークを効率的に抽出または記録するために、溶出時間中に少なくとも10個の抽出点を記録するのが望ましい。したがって、1秒のクロマトグラフィーピークに対して、データは100ms間隔で記録されるべきである。IMS分離時間は10msの大きさであり、個別の移動度ピークは1ms未満の幅であり得る。したがって、単一の100msの抽出を10個のIMS分離の合計または平均として記録することができる。これらの10個のIMS分離の各々は、ほぼ同じイオン蓄積時間で実行されてもよく、次に蓄積時間は、初期の10個のIMSサイクル中に記録される総電荷密度に基づいて、後続の10個のIMSサイクルに対して変化してもよい。   In the case of LC chromatography, the peak can be 1-10 seconds wide on the basis. In order to extract or record chromatographic peaks efficiently, it is desirable to record at least 10 extraction points during the elution time. Therefore, for a 1 second chromatographic peak, data should be recorded at 100 ms intervals. IMS separation time can be as large as 10 ms and individual mobility peaks can be less than 1 ms wide. Thus, a single 100 ms extraction can be recorded as the sum or average of 10 IMS separations. Each of these 10 IMS separations may be performed with approximately the same ion accumulation time, which is then determined based on the total charge density recorded during the initial 10 IMS cycles. It may vary for 10 IMS cycles.

図5には、上記の一般化された帰還ルーチンを表す流れ図が示される。   FIG. 5 shows a flowchart representing the above generalized feedback routine.

本発明の別の実施形態は、各IMS分離または一群のIMS分離に先立って入力イオンビームの電荷密度を決定するために短い調査実験からデータを収集することである。後続のIMS分離サイクルに対する蓄積時間を調節するためにこの調査データを用いることができる。例えば、調査実験は、所定の短い蓄積時間にわたり捕捉領域3を充填することで構成され得る。次にこのイオン集団はIMS装置内に注入され、ドリフト管5の長さを移動し、検出器7への入射になるように仕向けられ得る。次に後続の蓄積に対する蓄積時間を予想するためにこのデータを用いることができる。この実施形態では、後続のイオン集団は、調査データからのイオンが浮遊領域を移動している時間の間に蓄積され得る。これにより、デューティサイクルを低減し、イオン源内で生成されるイオンを抽出する総効率を低くすることができる。   Another embodiment of the present invention is to collect data from a short survey to determine the charge density of the input ion beam prior to each IMS separation or group of IMS separations. This survey data can be used to adjust the accumulation time for subsequent IMS separation cycles. For example, a survey experiment can be constructed by filling the capture region 3 over a predetermined short accumulation time. This population of ions can then be injected into the IMS device, moving the length of the drift tube 5 and directed to become incident on the detector 7. This data can then be used to predict the accumulation time for subsequent accumulations. In this embodiment, subsequent ion populations can be accumulated during the time that ions from the survey data are moving through the floating region. This can reduce the duty cycle and lower the total efficiency of extracting ions generated in the ion source.

この実施形態においてデューティサイクルを高めるために、調査実験中にこの領域5を通しての駆動力を増加させることにより、ドリフト管5を通るイオンの通過時間を低減することができる。DC駆動力を用いる場合、ドリフト管を通るイオンの移動時間を減少させるためにDC場が増加され得る。あるいは、ドリフト管5を通してイオンを駆動させるために移動DC場が用いられる場合、イオンがイオンの移動度とは無関係の移動波面を実質的にともなって移動するように、移動波の振幅が増加されてよく、または移動波の速度が減少されてもよい。このように調査走査中に駆動力を変化させることにより、調査走査中のIMSの分解能が劣化する。しかしながら、このデータは電荷密度を算出するためにのみ用いられるので、イオンは調査走査中、良好に分離される必要はない。このように、調査走査が完了され得る時間は、分析IMS分離に費やされるわずかな量の時間に削減されてもよく、そのために、実験のデューティサイクルは、調査走査を行う際に最小量のみに削減される。   In order to increase the duty cycle in this embodiment, the passage time of ions through the drift tube 5 can be reduced by increasing the driving force through this region 5 during the investigation experiment. When using a DC driving force, the DC field can be increased to reduce the travel time of ions through the drift tube. Alternatively, if a moving DC field is used to drive the ions through the drift tube 5, the amplitude of the moving wave is increased so that the ions move with a moving wavefront that is independent of ion mobility. Or the velocity of the moving wave may be reduced. Thus, by changing the driving force during the survey scan, the resolution of the IMS during the survey scan deteriorates. However, since this data is only used to calculate the charge density, the ions need not be well separated during the survey scan. In this way, the time that a survey scan can be completed may be reduced to a small amount of time spent on analytical IMS separation, so that the experimental duty cycle is limited to a minimum amount when performing a survey scan. Reduced.

上流の捕捉領域内でイオンを捕捉することなく調査走査が実行され得る代わりの方法が考慮される。この方法では、イオン源からの連続イオンビームが、IMS浮遊領域5を通して加速され、イオンの電荷密度は検出器7により記録される。この調査実験中に記録される電荷密度は、後続のIMS実験または一群のIMS実験に対する所望の蓄積時間を算出または設定するのに用いられ得る。   Alternative methods are contemplated in which a survey scan can be performed without trapping ions in the upstream capture region. In this method, a continuous ion beam from the ion source is accelerated through the IMS suspension region 5 and the ion charge density is recorded by the detector 7. The charge density recorded during this research experiment can be used to calculate or set a desired accumulation time for a subsequent IMS experiment or group of IMS experiments.

図2は、図1に類似する本発明の別の実施形態を示し、同じ参照番号は対応する装置を表記する。図2に示される実施形態では、電極アセンブリ9がイオントラップ3の上流で配置され、第2のイオン検出器8がIMS装置5の上流に配置される。   FIG. 2 shows another embodiment of the present invention that is similar to FIG. 1, wherein the same reference numbers denote corresponding devices. In the embodiment shown in FIG. 2, the electrode assembly 9 is arranged upstream of the ion trap 3 and the second ion detector 8 is arranged upstream of the IMS device 5.

動作中は、イオンの一部をイオン検出器8に誘導することにより、入力イオンビーム1内の電荷密度を決定するための調査データ集合が記録される。イオンビーム1は連続的なイオンビームであってもよく、イオントラップ3及び検出器8で受信されている間にイオンを切り換えるのに、電極アセンブリ9が用いられてもよい。イオンが検出器で受信される場合、単位時間当たりのそれらの電荷密度を測定することができる。IMS装置5内に注入されるイオンの電荷密度があまりにも高くなるのを防止するように、次にイオントラップ3内に蓄積されるべきであるイオンに対する蓄積時間を決定するために、この値を用いることができる。検出器8を用いた入力電界密度の調査は、イオンがIMS装置5内で分離され、検出器7上で検出されている期間の一部分の間に実行され得る。このように、実験全体のデューティサイクルを最大限にすることができる。   During operation, a survey data set for determining the charge density in the input ion beam 1 is recorded by directing some of the ions to the ion detector 8. The ion beam 1 may be a continuous ion beam, and an electrode assembly 9 may be used to switch ions while being received by the ion trap 3 and detector 8. If ions are received at the detector, their charge density per unit time can be measured. This value is then used to determine the accumulation time for the ions that should be accumulated in the ion trap 3 so as to prevent the charge density of ions implanted in the IMS device 5 from becoming too high. Can be used. An investigation of the input field density using the detector 8 can be performed during a portion of the period in which ions are separated in the IMS device 5 and detected on the detector 7. In this way, the duty cycle of the entire experiment can be maximized.

米国特許第7683314号に記載されるようなパルスレンズアセンブリは、電極アセンブリ8に用いられ得る。この開示では、イオンビームが、可変のデューティサイクルで完全伝送とゼロ伝送との間で切り換えられる。イオンが、伝送サイクルの低いまたはゼロのデューティサイクル部分の間に検出器8に向かって誘導されることが考慮される。次に、イオン捕捉領域3の固定された蓄積時間中に減衰レンズのデューティサイクル及び/またはパルス減衰レンズのサイクル数を動的に調節するために、検出器8上で検出される信号を用いることができる。他の種類の減衰装置が用いられてもよい。   A pulse lens assembly as described in US Pat. No. 7,683,314 may be used for the electrode assembly 8. In this disclosure, the ion beam is switched between full transmission and zero transmission with a variable duty cycle. It is contemplated that ions are directed towards the detector 8 during the low or zero duty cycle portion of the transmission cycle. Next, the signal detected on the detector 8 is used to dynamically adjust the duty cycle of the attenuating lens and / or the number of cycles of the pulse attenuating lens during the fixed accumulation time of the ion trapping region 3. Can do. Other types of attenuation devices may be used.

電極アセンブリ9は、周知のわずかな比率の入力イオンを検出器8に向けて誘導し、一方ではイオンの残りを捕捉領域3に向けて誘導するのに用いられ得る。次に捕捉領域3内の蓄積時間は、検出器8により検出された信号に基づいて変更され得る。あるいは、調査データは、イオンをIMS分離領域5に通すのではなく、短い時間期間にわたり捕捉領域3内にイオンを蓄積することにより取得されてもよい。これは、捕捉領域3から検出器8までのイオン通過時間が、捕捉領域3から検出器7までの通過時間未満であるときに有利な動作モードであり得る。これにより、IMS分離時間よりも短い時間期間にわたり調査走査を実行することができ、ゆえに取得の総デューティサイクルが増加する。   The electrode assembly 9 can be used to direct a small proportion of known input ions towards the detector 8 while directing the rest of the ions towards the capture region 3. The accumulation time in the capture area 3 can then be changed based on the signal detected by the detector 8. Alternatively, the survey data may be acquired by accumulating ions in the capture region 3 over a short period of time rather than passing the ions through the IMS separation region 5. This may be an advantageous mode of operation when the ion transit time from the capture region 3 to the detector 8 is less than the transit time from the capture region 3 to the detector 7. This allows a survey scan to be performed over a time period shorter than the IMS separation time, thus increasing the total duty cycle of acquisition.

検出器8は、電子倍増管またはファラデー板のような崩壊性検出器、または直列型誘導性電荷検出器のような非崩壊性検出器であり得る。   The detector 8 can be a collapsible detector such as an electron multiplier or Faraday plate, or a non-collapsible detector such as a series inductive charge detector.

IMS装置5は、四極質量フィルタまたは差分イオン移動度フィルタのような別の上流の分析装置と組み合わされ得る。さらにまたはあるいは、IMS装置5は、四極質量フィルタまたは飛行時間質量フィルタのような1つ以上の下流の分析装置と組み合わされ得る。しかしながら、分解四極質量フィルタのような伝送される総電荷を制限する第2の下流の装置とともに用いられる場合、イオン検出器7に到達する信号は、IMS装置5に入る電荷密度を表し得ないことに留意することが重要である。この問題を克服するために、第2の下流の装置は、第2の下流の装置に先立ってイオン集団を表すイオン集団の全伝送を可能にするためのモードに切り換えられ得る、またはイオンの電荷密度を測定するために、個別のイオン検出器が第2の下流の装置の上流に置かれ得る。   The IMS device 5 can be combined with another upstream analyzer such as a quadrupole mass filter or a differential ion mobility filter. Additionally or alternatively, the IMS device 5 can be combined with one or more downstream analyzers such as a quadrupole mass filter or a time-of-flight mass filter. However, when used with a second downstream device that limits the total charge transmitted, such as a resolving quadrupole mass filter, the signal reaching the ion detector 7 cannot represent the charge density entering the IMS device 5 It is important to keep in mind. To overcome this problem, the second downstream device can be switched to a mode to allow full transmission of the ion population representing the ion population prior to the second downstream device, or the charge of the ions A separate ion detector can be placed upstream of the second downstream device to measure density.

図3は、質量分析器がドリフト管5の下流に配置される実施形態を示す。図3の実施形態は、図2に類似しており、同じ要素は同じ参照番号で表記される。図3の実施形態では、分解四極質量フィルタ12がIMSドリフト管5の後に配置される。質量フィルタ12はイオンを選別する場合、検出器7で記録されるイオン電流は、入力イオンビーム1の電荷密度を表すことにならない。装置は、四極ロッドセット12がすべての質量対電荷比を伝送するようなRF専用モードに設定される調査モードで動作され得る。次にイオン捕捉領域3の蓄積時間を制御するために、検出器7で測定される信号を用いることができる。   FIG. 3 shows an embodiment in which the mass analyzer is arranged downstream of the drift tube 5. The embodiment of FIG. 3 is similar to FIG. 2 and the same elements are labeled with the same reference numbers. In the embodiment of FIG. 3, a resolving quadrupole mass filter 12 is placed after the IMS drift tube 5. When the mass filter 12 sorts ions, the ion current recorded by the detector 7 does not represent the charge density of the input ion beam 1. The apparatus can be operated in an investigation mode where the quadrupole rod set 12 is set to an RF only mode such that all mass to charge ratios are transmitted. The signal measured by the detector 7 can then be used to control the accumulation time of the ion trapping region 3.

質量フィルタ12を非選別モードで動作する代わりとして、イオンを質量フィルタに通して伝送させることなく検出器10に通すことができるように、追加の検出器10がIMSドリフト管5の下流に配置されてもよい。調査走査中に、IMSドリフト管5から出るイオンを検出器10に誘導するために切換または転換式電極配置11が用いられてもよい。次に、捕捉領域3内のイオンの蓄積時間を調節するために検出器10上で記録される信号を用いることができる。   As an alternative to operating the mass filter 12 in unsorted mode, an additional detector 10 is placed downstream of the IMS drift tube 5 so that ions can be passed through the detector 10 without being transmitted through the mass filter. May be. A switched or convertible electrode arrangement 11 may be used to guide ions exiting the IMS drift tube 5 to the detector 10 during the survey scan. The signal recorded on the detector 10 can then be used to adjust the accumulation time of ions in the capture region 3.

図4A及び図4Bは、イオン検出器と分析器との間でイオンを切り換えるのに用いられ得るデバイスの実施形態を示す。そのような装置は、図2の実施形態ではイオンを検出器8に切り換えるのに、図3の実施形態ではイオンを検出器10に切り換えるのに用いられ得る。図4A及び図4Bは、Rev.Sci.Instrum.,Vol.48,No.8,August1977に記載されるもののような4極静電レンズの表記を示す。このデバイスは、放物状内部電極表面を有する4つの電極を備えている。図4Aは、入力イオンビーム15がイオン検出器13に向けて誘導されるモードでのデバイスを示す。図4Bは、入力ビーム15が下流の分析器14に向けて誘導される動作モードでのデバイスを示す。イオンビームを分割または方向転換する他の方法も検討される。   4A and 4B show an embodiment of a device that can be used to switch ions between an ion detector and an analyzer. Such an apparatus can be used to switch ions to the detector 8 in the embodiment of FIG. 2 and to switch ions to the detector 10 in the embodiment of FIG. 4A and 4B show Rev. Sci. Instrum. , Vol. 48, no. 8 shows a notation of a quadrupole electrostatic lens such as that described in August 1977. This device comprises four electrodes having a parabolic internal electrode surface. FIG. 4A shows the device in a mode in which the input ion beam 15 is directed towards the ion detector 13. FIG. 4B shows the device in an operating mode in which the input beam 15 is directed towards the downstream analyzer 14. Other methods of splitting or redirecting the ion beam are also contemplated.

上記の実施形態では、上流の捕捉領域3に入る総電荷は所定の値内に制御される。しかしながら、いくつかの事例では、IMS装置の性能は、飛行管に入る総電荷密度により著しく悪影響を受けずに、イオン移動度の特定範囲内の電荷密度のための悪影響を受け得る。その範囲外の移動度を有するイオンは、IMS装置内のイオン総数が大きくても、著しく悪影響を受けることはない。この影響は、異なる種からのイオン群がIMSドリフト管内で近接している時間の差のために生じる。例えば、ドリフト管内に放出されるイオン集団が、多くの異なる分析種からのイオンで構成される場合、これらのイオンの全ては、ドリフト管内の狭い帯域内でのイオン注入点でのみ残る。これらのイオンは、ドリフト管に沿って押し出されるにつれて互いからドリフト管の異なる帯域または領域内に分離する。しかしながら、同じイオン移動度を有するイオン集団の一部は狭い帯域内に留まり、ゆえにドリフト管の長さの大部分または全体に対して、極めて接近したままである。これらのイオンに対する空間電荷相互作用の影響は、特にこの移動度範囲内で電荷密度が高い場合に、大きいことがある。電荷密度の高い種と分離している電荷密度が低く移動度の異なるイオン集団の一部は、短い時間期間にわたり空間電荷相互作用の影響を受ける場合があり、したがってこれらの種に対しては、ピーク形状の歪み及び/またはドリフト時間の偏移はそれほど大きくない。   In the above embodiment, the total charge entering the upstream capture region 3 is controlled within a predetermined value. However, in some cases, the performance of the IMS device can be adversely affected for charge densities within a specific range of ion mobility without being significantly adversely affected by the total charge density entering the flight tube. Ions having a mobility outside that range are not significantly adversely affected even if the total number of ions in the IMS device is large. This effect arises due to the time difference in which ions from different species are close together in the IMS drift tube. For example, if the ion population ejected into the drift tube is composed of ions from many different analytes, all of these ions remain only at ion implantation points within a narrow band within the drift tube. These ions separate from each other into different zones or regions of the drift tube as they are pushed along the drift tube. However, some of the population of ions with the same ion mobility remains in a narrow band and therefore remains very close to most or all of the drift tube length. The effects of space charge interactions on these ions can be significant, especially when the charge density is high within this mobility range. Some of the populations of ions with low charge density and different mobility that are separated from high charge density species may be affected by space charge interactions over a short period of time, and thus for these species, The peak shape distortion and / or drift time shift is not very large.

この場合、ドリフト管内に注入される総電荷を制御することではなく、特定のドリフト時間範囲内の電荷密度を制御することが望ましい。電荷はIMS分離が生じた後に測定されなければならないけれども、ドリフト管5内に注入される総電荷密度を制御するための記載される方法のいずれかが用いられ得る。この方法のいくつかの実施形態が検討される。   In this case, it is desirable not to control the total charge injected into the drift tube, but to control the charge density within a specific drift time range. Although the charge must be measured after IMS separation has occurred, any of the described methods for controlling the total charge density injected into the drift tube 5 can be used. Several embodiments of this method are contemplated.

例えば、IMSドリフト時間クロマトグラムを記録するために検出器7または10が用いられてもよく、イオン捕捉領域3内のイオン蓄積時間、または固定された蓄積時間中のその捕捉領域3に先立つイオンの減衰を制御するために、このクロマトグラムの特定の領域(単数)または領域(複数)内の総電荷密度が測定され、用いられてもよい。あるいは、ゲート電極は、選択されたドリフト時間領域(単数)または複数のドリフト時間領域(複数)のみが、IMSサイクル中に検出器7または10に到達するのを許可されるように、IMS装置5の後に配置されてもよい。この場合、複数のドリフト時間領域から記録されたデータは、単一の電荷密度値に足し合わせられてもよく、個別に問い合わせられてもよい。これらの事例の両方において、蓄積期間中の条件を変更することにより、IMS装置を通っての特定の移動度またはドリフト時間を有するイオン集団の電荷密度を所定の最大値に保つ意図である。これは、捕捉領域内に注入される総電荷の最大値を制御することとも組み合わされてもよい。しかしながらこの最大の総電荷は、特定のドリフト時間領域に対して許容される電荷よりも大きい。   For example, a detector 7 or 10 may be used to record the IMS drift time chromatogram, and the ion accumulation time in the ion capture region 3 or of ions preceding that capture region 3 during a fixed accumulation time. To control the decay, the total charge density within a particular region or regions of this chromatogram may be measured and used. Alternatively, the IMS device 5 allows the gate electrode to only allow the selected drift time region (s) or multiple drift time regions (s) to reach the detector 7 or 10 during the IMS cycle. May be placed after. In this case, data recorded from a plurality of drift time regions may be added to a single charge density value or individually queried. In both of these cases, it is an intention to keep the charge density of an ion population with a particular mobility or drift time through the IMS device at a predetermined maximum value by changing the conditions during the accumulation period. This may also be combined with controlling the maximum total charge injected into the capture region. However, this maximum total charge is greater than the charge allowed for a particular drift time region.

IMS装置5が下流の質量分析器とともに用いられ、特定のドリフト時間範囲内の電荷密度を推定するまたは見積もるために、質量対電荷比の特定範囲内で記録される電荷密度が用いられることに留意すべきである。これは、質量対電荷比とIMSドリフト時間との間の強力な正の相関のためである。   Note that IMS device 5 is used with a downstream mass analyzer and the charge density recorded within a specific range of mass to charge ratio is used to estimate or estimate the charge density within a specific drift time range. Should. This is due to the strong positive correlation between the mass to charge ratio and the IMS drift time.

IMS装置が下流の分析器、例えば飛行時間分析器と結合される場合、特定のドリフト時間範囲(単数)または範囲(複数)内のピーク形状及び/またはドリフト時間測定値が、IMS装置内の空間電荷相互作用のために損なわれないように、IMS装置内に入る総イオン集団を制御するために、特定の範囲(単数)または範囲(複数)内の電荷密度を用いるのが好ましい。   When the IMS device is coupled with a downstream analyzer, such as a time-of-flight analyzer, the peak shape and / or drift time measurements within a particular drift time range or range (s) are determined by the space within the IMS device. It is preferred to use charge density within a specific range (s) or range (s) to control the total ion population entering the IMS device so that it is not compromised due to charge interactions.

議論されるすべての事例では、印加されているイオン集団の減衰を表す値を記録するのが好ましい。この値は、取得中に記録されるデータの強度を再調整し、減衰前の入力イオンビームの強度を表するのに用いられ得る。これにより、いくつかのイオンが処分されるとしても、本システムの定量的な性能を維持することができる。   In all cases discussed, it is preferable to record a value that represents the decay of the ion population being applied. This value can be used to readjust the intensity of the data recorded during acquisition and represent the intensity of the input ion beam before attenuation. This maintains the quantitative performance of the system even if some ions are disposed of.

本発明は好ましい実施形態を参照して記載されているけれども、形態及び詳細のさまざまな変更が、付属の請求項に説明されるような本発明の範囲を逸脱することなく行われ得ると当業者に理解されるであろう。   Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that various changes in form and detail may be made without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims. Will be understood.

例えば、イオンが、IMSサイクル毎に一度のみ上流のトラップ3内に蓄積されるようなものとして記載されているけれども、本発明は、イオンがトラップ3に配送される、または固定されたまたは可変の蓄積時間中に一連のイオンパケットとして捕捉領域3に入るのを許可されるようなモードも考慮していることに留意するべきである。   For example, although the ions are described as being stored in the upstream trap 3 only once per IMS cycle, the present invention provides for ions to be delivered to the trap 3 or fixed or variable It should be noted that a mode that allows entry into the capture region 3 as a series of ion packets during the accumulation time is also considered.

固定された蓄積時間がある事例では、連続的な入力イオンビームは、蓄積時間中に高伝送と低伝送との間で切り換えられ得るまたは堰き止められ得る。捕捉領域内に蓄積されている所望の電荷密度を生じさせ、IMS装置5内に放出されるイオン集団の制御を可能にするために、ゲート電圧のデューティサイクルを変更することができる。イオン集団をトラップ内に蓄積するそのようなゲート装置及び方法は米国公開第2012/0119078号に記載される。蓄積時間中の別個のゲート期間の数が再現可能であることは有利である。したがって、蓄積期間の数及び総蓄積期間、ゆえにIMSサイクル時間は、好ましくはイオンビームゲート期間の再現可能な整数が総蓄積時間期間毎に生じるように同期される。   In cases where there is a fixed accumulation time, the continuous input ion beam can be switched or dammed between high and low transmission during the accumulation time. The duty cycle of the gate voltage can be varied to produce the desired charge density stored in the capture region and to allow control of the ion population ejected into the IMS device 5. Such a gating device and method for accumulating ion populations in a trap is described in US Publication No. 2012/0119078. Advantageously, the number of distinct gate periods during the accumulation time is reproducible. Thus, the number of accumulation periods and the total accumulation period, and hence the IMS cycle time, are preferably synchronized so that a reproducible integer number of ion beam gate periods occurs every total accumulation time period.

ゲート期間(単数)または期間(複数)がIMS分離サイクル時間に同期されるのが好ましいけれども、蓄積期間(単数)または(複数)がIMS分離サイクル時間に同期され得ないことも考慮される。この場合、IMS装置5への注入に先立って捕捉領域3内に蓄積される電荷密度にある不確実性があり得る。この不確実性、またはイオンが捕捉領域3を充填するのを許可される時間誤差が、総蓄積時間に比べて小さい場合、記載される本方法は、十分に且つ本発明の趣旨を逸脱することなく、イオン集団を尚も制御するであろう。   Although it is preferred that the gate period (s) or period (s) be synchronized to the IMS isolation cycle time, it is also contemplated that the accumulation period (s) or period (s) cannot be synchronized to the IMS isolation cycle time. In this case, there may be uncertainty in the charge density accumulated in the capture region 3 prior to injection into the IMS device 5. If this uncertainty, or the time error in which ions are allowed to fill the capture region 3, is small compared to the total accumulation time, the described method is sufficient and departs from the spirit of the invention. And will still control the ion population.

別の方法では、イオンが固定された時間期間に対して蓄積されてもよく、IMS分離装置内に注入される標的電荷密度を超えないように入力イオンビームを減衰させるために、焦点ぼけレンズのような上流の減衰装置が用いられてもよい。   In another method, ions may be accumulated for a fixed period of time, and a defocus lens is used to attenuate the input ion beam so that it does not exceed the target charge density injected into the IMS separator. Such an upstream damping device may be used.

別の方法では、イオンは、固定された時間にわたり上流のイオン捕捉領域内で蓄積されてもよいが、捕捉領域内の総電荷密度の一部のみがIMS装置内に放出される。捕捉領域から放出される電荷量を、例えば上記の方法を用いることにより所定の最大値内にあるように制御することができる。これは、イオンが可変な時間期間にわたり捕捉領域を出るのを許可されるように、捕捉領域の出口にゲート電極を提供し、ゲート電極電位を1回以上パルス化することにより達成され得る。あるいは、捕捉領域内のイオン集団を周知の電荷密度のいくつかの集団に分割することができ、次にこれらの副集団の一定数のみがIMS装置内に放出される。イオン集団は、複数の軸方向のDC電位井戸を形成するためにDC電位をいくつかの区画に印加することにより、区画化されたRF閉じ込めイオンガイド内で区分され得る。   In another method, ions may be accumulated in the upstream ion trapping region for a fixed time, but only a portion of the total charge density in the trapping region is released into the IMS device. The amount of charge released from the capture region can be controlled to be within a predetermined maximum value by using, for example, the above method. This can be accomplished by providing a gate electrode at the exit of the capture region and pulsing the gate electrode potential one or more times so that ions are allowed to exit the capture region for a variable time period. Alternatively, the ion population in the capture region can be divided into several populations of known charge density, and then only a certain number of these subpopulations are released into the IMS device. Ion populations can be segmented within a segmented RF confined ion guide by applying a DC potential to several segments to form a plurality of axial DC potential wells.

本発明を用いて、イオン集団を制御し、BelovらのAnal Chem.2007 March 15;79(6):2451〜2462.MULTIPLEXED ION MOBILITY SPECTROMETRY − ORTHOGONAL TIME−OF−FLIGHT MASS SPECTROMETRYに記載されるもののような多重化イオン移動度装置注入されるイオンに対して、空間電荷相互作用の影響をゆえに低減することができる。各パケットの電荷密度を制御するようにIMSサイクル毎に注入されるイオンパケットの数を変化させることではなく、サイクル毎にIMS装置内に固定数のイオンパケットを放出することができる。   Using the present invention, the ion population is controlled and Belov et al., Anal Chem. 2007 March 15; 79 (6): 2451-1462. MULTIPLEXED ION MOBILITY SPECTROMETRY-ORTHOGONAL TIME-OF-FLIGHT MASS SPECTROMETRY-implanted ions, such as those described in, can be reduced due to the effect of space charge interaction. Rather than changing the number of ion packets injected per IMS cycle to control the charge density of each packet, a fixed number of ion packets can be released into the IMS device per cycle.

開示された本発明は、イオンが質量選択的に排出される上流の高容量イオントラップと組み合わせられてもよい。そのような装置の例は、国際出願第PCT/GT2008/002981号または米国出願第12/676154号に記載される。この用途では、高容量低性能分析イオントラップが、高性能低容量分析イオントラップ内に配置される。減衰装置が2つのトラップ内に配置される。動作中、イオンは、上流の低性能イオントラップから高性能イオントラップ内に質量選択的に排出され、イオンは、高性能イオントラップからほぼ同時に排出、検出され、したがって質量スペクトルを作り出す。これにより、上流の分析イオントラップのみが、その分析走査中はいつでも総イオン集団の一部を含むことになる。これにより、この第2のイオントラップの分析性能が空間電荷相互作用のために損なわれる尤度が低減する。加えて、調査質量スペクトルが、イオントラップの一方からのまたは両方からの質量選択排出により得られた後、下流の分析イオントラップ内のイオン集団がこの関連する走査プロセスのいずれかの部分の間に所定の上限を超えないように、上流のイオントラップを出る、異なる質量対電荷比を有する総イオン集団の一部の伝送が動的に調節され得る。   The disclosed invention may be combined with an upstream high capacity ion trap from which ions are mass selectively ejected. Examples of such devices are described in International Application No. PCT / GT2008 / 002981 or US Application No. 12/676154. In this application, a high volume, low performance analytical ion trap is placed within a high performance, low volume analytical ion trap. An attenuation device is placed in the two traps. In operation, ions are mass selectively ejected from the upstream low performance ion trap into the high performance ion trap, and ions are ejected and detected from the high performance ion trap almost simultaneously, thus creating a mass spectrum. Thus, only the upstream analytical ion trap will contain a portion of the total ion population at any time during its analytical scan. This reduces the likelihood that the analytical performance of this second ion trap will be compromised due to space charge interactions. In addition, after a survey mass spectrum has been obtained by mass selective ejection from one or both of the ion traps, the ion population in the downstream analytical ion trap may be subjected during any part of this associated scanning process. The transmission of a portion of the total ion population with different mass-to-charge ratios exiting the upstream ion trap can be dynamically adjusted so as not to exceed a predetermined upper limit.

この低性能分析イオントラップ及び減衰装置は、捕捉領域3の上流で配置され得る。トラップの上流でのイオン集団の質量対電荷比調査走査と、質量対電荷比とIMSドリフト時間との間の周知の相関とに基づいて、イオンがIMS装置の捕捉領域内に蓄積されているときに、特定の質量対電荷比範囲内の電荷密度(ゆえに、特定の推定移動度範囲)を必要とされる限度内で制御することができるように、減衰レンズは動的に変化し得る。イオンは、イオンが上流の低性能高容量イオントラップからの排出されるのとほぼ同時に捕捉領域3内に蓄積され得る。上流の高容量分析イオントラップとIMS捕捉領域3との間のイオン伝送は、このプロセス中は減衰レンズにより制御される。イオンがIMS捕捉領域3内に蓄積された後に、その集団はIMS装置5内に放出され、上記のように分離され得る。   This low performance analytical ion trap and attenuator can be located upstream of the capture region 3. Based on a mass-to-charge ratio survey scan of the ion population upstream of the trap and a known correlation between mass-to-charge ratio and IMS drift time, when ions are accumulating in the capture region of the IMS device In addition, the attenuating lens can change dynamically so that charge densities within a specific mass-to-charge ratio range (and hence a specific estimated mobility range) can be controlled within the required limits. The ions can accumulate in the capture region 3 at about the same time that the ions are ejected from the upstream low performance high capacity ion trap. Ion transmission between the upstream high volume analytical ion trap and the IMS capture region 3 is controlled by an attenuating lens during this process. After the ions are accumulated in the IMS capture region 3, the population is released into the IMS device 5 and can be separated as described above.

IMS捕捉領域3を充填する間に各質量対電荷比範囲にわたり加えられるイオン集団の減衰を表す値を記録するのが好ましい。この値は、取得中に記録されたデータの強度を再調整し、減衰前の入力イオンビームの強度を表すのに用いられ得る。これにより、いくつかのイオンが処分されても、本システムの定量的な性能を維持することができる。   It is preferred to record a value representing the decay of the ion population applied over each mass to charge ratio range while filling the IMS capture region 3. This value can be used to readjust the intensity of the data recorded during acquisition and represent the intensity of the input ion beam before attenuation. Thereby, even if some ions are disposed of, the quantitative performance of the system can be maintained.

Claims (17)

イオン移動度分離または質量分離によりイオンを分析する方法であって、
イオン移動度分離器分離領域(IMS)及び前記IMS内にイオンパケットを放出するためのイオントラップを提供することと、
前記イオントラップから前記IMS内に放出された各イオンパケットにおいて、前記IMS内に放出されることが所望される所定の最大電荷を選択することと、
前記イオントラップから第1のイオンパケットを放出することと、
検出器を用いて前記第1のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、
前記検出器により検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の差を決定することと、
第2の後続のイオンパケットを前記イオントラップから前記IMS内に放出することであって、前記第2のイオンパケットの形成が、前記第2のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記第1のイオンパケット内で検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて制御される、放出することと、
を含む、前記方法。
A method for analyzing ions by ion mobility separation or mass separation,
Providing an ion mobility separator isolation region (IMS) and an ion trap for emitting ion packets into the IMS;
For each ion packet released from the ion trap into the IMS, selecting a predetermined maximum charge desired to be released into the IMS;
Discharging a first ion packet from the ion trap;
Detecting the charge of ions in the first ion packet using a detector;
Determining a difference between the charge detected by the detector and the predetermined maximum charge;
Discharging a second subsequent ion packet from the ion trap into the IMS, wherein the formation of the second ion packet is such that the charge of the ions in the second ion packet is the predetermined maximum charge. An emission that is controlled based on the difference between the charge detected in the first ion packet and the predetermined maximum charge to be substantially the same as or less than To do
Said method.
イオンが、イオン蓄積期間中に前記イオントラップに入るのを許可され、前記イオントラップ内に捕捉されることになり、前記第1のイオンパケットが、第1の蓄積期間にわたり前記イオントラップ内に蓄積され、前記第2のイオンパケットが、第2の蓄積期間にわたり前記イオントラップ内に蓄積され、前記第2の蓄積期間の継続時間が、前記第1のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の差に基づいて前記第1の蓄積期間に対して選択または変更される、請求項1に記載の前記方法。   Ions are allowed to enter the ion trap during an ion accumulation period and will be trapped in the ion trap, and the first ion packet accumulates in the ion trap over a first accumulation period. And the second ion packet is accumulated in the ion trap over a second accumulation period, and the duration of the second accumulation period is the charge of the ions detected in the first ion packet. The method of claim 1, wherein the method is selected or modified for the first accumulation period based on a difference between the first accumulation period and the predetermined maximum charge. イオンが、前記イオントラップ内にあるイオン充填速度で誘導され、イオン蓄積期間中に前記イオントラップ内に捕捉され、前記第1のイオンパケットが、前記イオントラップ内に第1のイオン充填速度で蓄積され、前記第2のイオンパケットが、前記イオントラップ内に第2のイオン充填速度で蓄積され、前記第2の充填速度が、前記第1のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて前記第1の充填速度に対して選択または変更される、請求項1または2に記載の前記方法。   Ions are induced at an ion filling rate within the ion trap, trapped within the ion trap during an ion accumulation period, and the first ion packet accumulates at a first ion filling rate within the ion trap. And the second ion packet is accumulated in the ion trap at a second ion filling rate, the second filling rate being determined by the charge of the ions detected in the first ion packet and the 3. The method of claim 1 or 2, wherein the method is selected or changed for the first fill rate based on the difference between a predetermined maximum charge. 前記イオントラップ内の前記イオンの一部のみが、前記イオントラップからの各イオンパケットの放出中に排出され、前記第2のイオンパケット内に排出された前記一部のサイズが、前記第1のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて前記第1のイオンパケット内に排出された前記一部のサイズに対して選択または変更される、請求項1に記載の前記方法。   Only a portion of the ions in the ion trap are ejected during the discharge of each ion packet from the ion trap, and the size of the portion ejected into the second ion packet is the first Based on the difference between the charge of the ions detected in the ion packet and the predetermined maximum charge, it is selected or changed for the size of the portion ejected in the first ion packet The method of claim 1. 前記第1のイオンパケットが前記IMSを通って前記検出器に入り、イオンが前記IMSを通るように電界により駆動され、前記電界が、前記第1のイオンパケット内のイオンが前記IMSを通るように高速で駆動され、かつ前記第2のイオンパケット内の対応するイオンが前記IMSを通るように低速で駆動されるように、時間によって変動する、請求項1〜4のいずれかに記載の前記方法。   The first ion packet enters the detector through the IMS and is driven by an electric field such that ions pass through the IMS, and the electric field causes ions in the first ion packet to pass through the IMS. 5, and varies with time so that corresponding ions in the second ion packet are driven at low speeds through the IMS. Method. 質量分析器が、前記IMSを通過したイオンを質量分析するために前記IMSの下流及び前記検出器の上流に提供され、前記質量分析器が、前記第1のイオンパケットが前記質量分析器により実質的に減衰されないような第1のモードで動作されるか、または前記第1のイオンパケットが前記質量分析器を迂回し、次に前記検出器を通り、前記質量分析器が、前記第2のイオンパケットがそこでの質量分析中に前記質量分析器により減衰されるような第2のモードで動作されるか、または前記第2のイオンパケットが前記質量分析器を迂回しない、請求項1〜5のいずれかに記載の前記方法。   A mass analyzer is provided downstream of the IMS and upstream of the detector for mass analysis of ions that have passed through the IMS, the mass analyzer being configured such that the first ion packet is substantially transmitted by the mass analyzer. The first ion packet bypasses the mass analyzer and then passes through the detector, the mass analyzer being in the second mode. 6. The ion packet is operated in a second mode such that the ion packet is attenuated by the mass analyzer during mass analysis therein, or the second ion packet does not bypass the mass analyzer. The method according to any of the above. 質量分析器及び前記検出器が前記IMSの下流に提供され、前記第1のイオンパケットが前記質量分析器を通ることなく前記検出器に誘導され、前記第2のイオンパケットが前記質量分析器に誘導される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記方法。   A mass analyzer and the detector are provided downstream of the IMS, the first ion packet is directed to the detector without passing through the mass analyzer, and the second ion packet is directed to the mass analyzer. 6. The method of any one of claims 1-5, wherein the method is induced. 前記検出器が前記IMSの上流に提供され、前記第1のイオンパケットが前記イオントラップから前記検出器へ放出される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記方法。   5. The method of any one of claims 1-4, wherein the detector is provided upstream of the IMS and the first ion packet is emitted from the ion trap to the detector. 検出器を用いて前記第2のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、前記第2のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の差を決定することと、第3の後続のイオンパケットを前記イオントラップから前記IMSへ放出することと、をさらに含み、前記第3のイオンパケットの形成が、前記第3のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記第2のイオンパケット内で検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて制御される、請求項1〜8のいずれかに記載の前記方法。   Detecting the charge of the ions in the second ion packet using a detector and determining the difference between the charge of the ions detected in the second ion packet and the predetermined maximum charge And discharging a third subsequent ion packet from the ion trap to the IMS, wherein the formation of the third ion packet comprises the charge of ions in the third ion packet being Based on the difference between the charge detected in the second ion packet and the predetermined maximum charge such that it is substantially equal to or less than the predetermined maximum charge. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, which is controlled. 前記所定の最大電荷が、イオンパケットにおいてパルス化されて前記IMS内に入ることが所望される前記IMSを通る所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であり、
前記第1のイオンパケットが、前記イオンが前記IMSを通過した後に前記検出器により検出され、前記検出器が、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する前記第1のイオンパケット内のイオンの電荷量を決定し、この検出された電荷が所定の最大電荷と比較され、前記比較を用いて、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する前記第2のイオンパケット内のイオンが前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、前記第2のイオンパケットの前記形成を制御する、請求項1〜9のいずれかに記載の前記方法。
The predetermined maximum charge is the maximum charge amount of ions within a predetermined drift time range through the IMS that is desired to be pulsed into the IMS in an ion packet;
The first ion packet is detected by the detector after the ions have passed through the IMS, and the detector has an ion in the first ion packet having a drift time within the predetermined drift time range. And the detected charge is compared to a predetermined maximum charge, and using the comparison, ions in the second ion packet having a drift time within the predetermined drift time range are 10. The formation of the second ion packet according to any of claims 1 to 9, wherein the formation of the second ion packet is controlled to have a total charge that is substantially the same as or less than a predetermined maximum charge. Method.
前記所定の最大電荷が、イオンパケットにおいてパルス化されて前記IMS内に入ることが所望される前記IMSを通る所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であり、
前記所定のドリフト時間範囲を有するイオンが、所定の質量対電荷比の範囲を有すると仮定され、前記第1のイオンパケットが質量分析され、前記所定の質量対電荷比の範囲を有するこのパケット内のイオンの総電荷が検出され、
この検出された電荷が前記所定の最大電荷と比較され、前記比較を用いて、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する前記第2のイオンパケット内のイオンが前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、前記第2のイオンパケットの前記形成を制御する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の前記方法。
The predetermined maximum charge is the maximum charge amount of ions within a predetermined drift time range through the IMS that is desired to be pulsed into the IMS in an ion packet;
It is assumed that ions having the predetermined drift time range have a predetermined mass-to-charge ratio range, and the first ion packet is mass analyzed and within this packet having the predetermined mass-to-charge ratio range The total charge of the ions is detected,
The detected charge is compared with the predetermined maximum charge, and using the comparison, ions in the second ion packet having a drift time within the predetermined drift time range are substantially equal to the predetermined maximum charge. 10. The method of any one of claims 1-9, wherein the formation of the second ion packet is controlled to have a total charge that is substantially the same or less.
イオン移動度分離または質量分離によりイオンを分析する方法であって、
イオン移動度分離器分離領域(IMS)及びイオンパケットを前記IMS内に放出するためのイオントラップを提供することと、
前記イオントラップから放出された各イオンパケットにおいて、前記IMS内への放出が所望される所定の最大電荷を選択することと、
イオン源からのイオンを検出器に誘導し、検出される前記イオン源からのイオンに起因して電荷が前記検出器で受信される速度を検出することと、
前記イオン源からのイオンを前記イオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみ前記イオンを捕捉することと、
前記イオン蓄積期間の前記継続時間を選択するか、または前記イオントラップ内に捕捉された前記イオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記蓄積期間中に前記イオントラップに向かって移動するイオンの減衰を制御することと、
前記イオンを前記イオントラップから前記IMS内に放出することと、
を含む、前記方法。
A method for analyzing ions by ion mobility separation or mass separation,
Providing an ion mobility separator separation region (IMS) and an ion trap for discharging ion packets into the IMS;
In each ion packet emitted from the ion trap, selecting a predetermined maximum charge desired to be released into the IMS;
Directing ions from an ion source to a detector and detecting the rate at which charge is received at the detector due to ions from the ion source being detected;
Directing ions from the ion source into the ion trap and capturing the ions only during an ion accumulation period;
Selecting the duration of the ion accumulation period, or such that the charge of the ions trapped in the ion trap is substantially equal to or less than the predetermined maximum charge. Controlling the attenuation of ions moving towards the ion trap during the accumulation period;
Discharging the ions from the ion trap into the IMS;
Said method.
前記検出器が前記IMSの上流に提供される、請求項12に記載の前記方法。   The method of claim 12, wherein the detector is provided upstream of the IMS. 前記所定の最大電荷が、イオンパケット内の全てのイオンに対してパルス化されて前記IMS内に入ることが所望される総電荷である、請求項1〜9、12または13のいずれか1項に記載の前記方法。   14. Any one of claims 1-9, 12 or 13, wherein the predetermined maximum charge is the total charge desired to be pulsed into all of the ions in an ion packet and into the IMS. The method according to claim 1. 前記IMSを通過するイオンがそれらのイオン移動度に従って分離するように第1の電界条件が前記IMS内に加えられる、第1の動作モードを動作すること、及び/または前記IMSを通過するイオンがそれらの質量対電荷比に従って分離するように第2の電界条件が前記IMS内に加えられる、第2の動作モードを動作することを含む、請求項1〜14のいずれかに記載の前記方法。   A first electric field condition is applied in the IMS such that ions passing through the IMS separate according to their ion mobility, operating a first mode of operation, and / or ions passing through the IMS 15. The method of any of claims 1-14, comprising operating a second mode of operation, wherein a second electric field condition is applied in the IMS to separate according to their mass to charge ratio. イオン移動度分離器分離領域(IMS)、イオンパケットを前記IMS内に放出するためのイオントラップ、及び検出器と、
前記イオントラップから第1のイオンパケットを放出し、
前記検出器を用いて前記第1のイオンパケット内のイオンの電荷を検出し、
前記検出器により検出された前記電荷と、前記イオントラップから前記IMS内に放出された各イオンパケットにおいて前記IMS内に放出されることが所望される所定の最大電荷との間の差を決定し、かつ
前記第2のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第2のイオンパケットの形成が前記第1のイオンパケット内で検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて制御される、第2の後続のイオンパケットを前記イオントラップから前記IMS内に放出するように配置及び適合された制御手段と、
を備える、イオン移動度分光計または質量分光計。
An ion mobility separator separation region (IMS), an ion trap for discharging ion packets into the IMS, and a detector;
Discharging a first ion packet from the ion trap;
Using the detector to detect the charge of ions in the first ion packet;
Determining a difference between the charge detected by the detector and a predetermined maximum charge desired to be released into the IMS in each ion packet emitted from the ion trap into the IMS; And the formation of the second ion packet is such that the charge of ions in the second ion packet is substantially equal to or less than the predetermined maximum charge. Arranged and adapted to emit a second subsequent ion packet from the ion trap into the IMS, controlled based on the difference between the charge detected in and the predetermined maximum charge. Control means,
An ion mobility spectrometer or a mass spectrometer.
イオン源、イオン移動度分離器分離領域(IMS)、イオンパケットを前記IMS内に放出するためのイオントラップ、及び検出器と、
前記イオン源からのイオンを前記検出器に誘導し、検出される前記イオン源からのイオンに起因して電荷が前記検出器で受信される速度を検出し、
前記イオン源からのイオンを前記イオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみ前記イオンを捕捉し、
前記イオン蓄積期間の前記継続時間を選択するか、または前記イオントラップ内に捕捉される前記イオンの電荷が、前記イオントラップから放出された各イオンパケットにおいて前記IMS内に放出されることが所望される最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記蓄積期間中に前記イオントラップに向かって移動するイオンの減衰を制御し、かつ
前記イオンを前記イオントラップから前記IMS内に放出するように配置及び適合された制御手段を備える、イオン移動度分光計または質量分光計。
An ion source, an ion mobility separator separation region (IMS), an ion trap for emitting ion packets into the IMS, and a detector;
Directing ions from the ion source to the detector and detecting the rate at which charge is received at the detector due to ions detected from the ion source;
Directing ions from the ion source into the ion trap, capturing the ions only during the ion accumulation period;
It is desirable that the duration of the ion accumulation period is selected or that the charge of the ions trapped in the ion trap is released into the IMS in each ion packet emitted from the ion trap. Controlling the attenuation of ions moving toward the ion trap during the accumulation period so that they are substantially equal to or less than the maximum charge to be removed, and removing the ions from the ion trap to the IMS An ion mobility spectrometer or mass spectrometer comprising control means arranged and adapted to release into.
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